Заклепка С 8 х 20 38, М3 136 ГОСТ 10299-80

Заклепки повышенной точности (ГОСТ 14797-85, ГОСТ 14798-85, ГОСТ 14801-85) предназначены для ответственных соединении с повышенными требованиями к надежности.

Пустотелые заклепки (ГОСТ 12638-80, ГОСТ 126408-80, ГОСТ 12639-80) часто применяют, чтобы использовать их отверстия в заклепочных соединениях, например, для пропуска электрических, крепежных или других деталей.

777

Расчет заклепочных соединений. На практике целый ряд деталей и элементов конструкций работает в таких условиях, что внешние силы стремятся их разрушить именно путем сдвига. 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 изучения работы заклепок рассмотрим пример заклепочного соединения (рис.5.3). Восемь заклепок, расположенных в два ряда, соединяют три листа. Под действием сил F эти листы стремятся сдвинуться в противоположных направлениях, чему препятствуют заклепки, на которые и будет передаваться действие сил F. Заклепки рассчитываются на срез и на смятие. Условие прочности на срез: где Асреза - площадь среза, м2; m - число срезов одной заклепки, ( на рис. 5.3 m=2); n - число заклепок с одной стороны стыка. Поперечная сила , действующая в плоскости среза численно равна внешней силе, а площадь среза определяется как: Величину допускаемого касательного напряжения [τ], или, как говорят, допускаемого напряжения на срез, принято определять в виде:   Необходимое число заклепок с одной стороны стыка определяется из условия прочности (5.7): Так как передача сил на заклепочный стержень происходит путем нажатия стенок заклепочного отверстия на заклепку, то необходимо установить, не произойдет ли наружное обмятие этого стержня или стенок отверстия, — произвести проверку на смятие. На рис. 5.4 указана примерная схема передачи давлений на стержень заклепки. Принято считать, что неравномерное давление, передающееся на поверхность заклепки от листа, распределяется равномерно по диаметральной плоскости сечения заклепки. При этом напряжение по этой диаметральной плоскости оказывается примерно равным наибольшему сминающему напряжению σс в точке А поверхности заклепки. Чтобы вычислить это условное напряжение смятия, необходимо разделить силу, приходящуюся на заклепку, на площадь диаметрального сечения ВСС'В'. Эта площадь представляет собой прямоугольник, одной стороной которого служит диаметр заклепки, другая же равна толщине листа, передающего давление на стержень заклепки. Тогда условие прочности при смятии запишется как: Кроме расчета заклепки необходимо проверить прочность лис-та ослабленного заклепочным отверстием: где n1- число заклепок в ряду, перпендикулярном линии действия силы; b- ширина листа.

77

Пример 4.1.Проверить прочность на срез и смятие заклепочное соединение (рис. 4.6) и прочность листа по ослабленному сечению при растяжении силами по следующим исходным данным: Материал – сталь Ст. 2.

 

Рисунок 4.6 – Расчетная схема двухсрезного заклепочного соединения

Решение

1. Проверить прочность на срез:

где при двухсрезном соединении; – число заклепок по одну сторону от стыка, ; – площадь сечения заклепки, .

Из расчета видно, что прочность заклепочного соединения нарушается, поэтому увеличиваем диаметр заклепки: принимаем и повторяем расчет.

Прочность заклепочного соединения на срез достигается.

2. Проверка прочности на смятие:

Т.к. в соединении , то принимаем в расчете меньшую площадь смятия: .

Прочность заклепочного соединения на смятие достигается.

3. Проверка прочности в листе по ослабленному сечению от отверстий для заклепок:

Прочность листа, ослабленного отверстиями под заклепки, обеспечивается.

Пример 4.2.Определить число заклепок для односрезного соединения листов при растяжении силами (рис. 4.7) при следующих исходных данных:

 

Рисунок 4.7 – Односрезное заклепочное соединение

Решение

Из условий прочности на срез

определяется число заклепок:

Принимаем ближайшее большее число, поэтому количество заклепок соединения из условия прочности на срез равно шт.

Из условий прочности на смятие

определяется число заклепок:

Из двух решений по обеспечению прочности заклепочного соединения выбираем то, которое соответствует максимальному числу заклепок из условий прочности на срез:

 

Пример 4.3.Найти длину фланговых сварных швов , обеспечивающих прочность на срез сварного нахлесточного соединения при растяжении силами с использованием ручной сварки (рис. 4.8). Исходные данные: катет углового шва .

 

Рисунок 4.8 – Расчетная схема нахлестного сварного соединения с фланговыми швами

Решение

Длину фланговых швов определяем из условия прочности на срез:

При ручной сварке коэффициент . Тогда из условия прочности на срез находим длину фланговых швов:

Пример 4.4.Найти катет лобового шва , обеспечивающего прочность сварного нахлесточного соединения при ручной сварке от растяжения силами . Исходные данные

 

 

Рисунок 4.9 – Расчетная схема нахлестного сварного соединения с лобовым швом

Решение

Из условия прочности на срез для любого шва

с использованием ручной сварки находим катет шва:

Принимаем ближайший стандартный размер катета лобового шва:

777

В зависимости от назначения клепаные швы бывают:

прочные,обеспечивающие основной критерий работоспособности — прочность. Применяют для деталей общего назначения, в металлокон­струкциях (рамы и др.), в самолетостроении;

прочноплотные,обеспечивающие прочность и герметичность. При­меняют в различных резервуарах. В настоящее время эти клепаные швы заменяют сварными соединениями.

В зависимости от взаимного расположения склепываемых деталей различают клепаные швы внахлестку (рис. 3.3)и встык,с одной (рис. 3.4) или с двумя (рис. 3.5) накладками.

 

В зависимости от числа рядов заклепок швы бывают однорядные(см. рис. 3.3) и многорядные(см. рис. 3.4 и 3.5). Для швов встык число рядов учитывается по одну сторону стыка.

В зависимости от расположения заклепок в рядах различают швы параллельные(см. рис. 3.4) и шахматные(см. рис. 3.5).

Взависимости от числа плоскостей среза одной заклепки швы делят на односрезные (см. рис. 3.3 и 3.4) и двухсрезные (см. рис. 3.5).

Расчет на прочность — основной критерий работоспособности проч­ных клепаных швов —основан на следующих допущениях:

1. Силы трения на стыке деталей не учитывают, считая, что вся нагрузка передается только заклепками.

2. Расчетный диаметр заклепки равен диаметру d₀ отверстия.

3. Нагрузка между заклепками распределяется равномерно.
Рассмотрим простейший клепаный шов — однорядный односрезный

внахлестку (рис. 3.6).

При нагружении шва осевой силой F детали (листы) стремятся сдвинуться относительно друг друга. При этом условия прочности эле­ментов шва имеют следующий вид:

а) На смятие поверхностей заклепок и стенок отверстий

(3.1)

где δ — меньшая из толщин склепываемых деталей, мм; d₀ — диаметр отверстия под заклепку, мм; z —число заклепок; σ'_см и [σ]'_см — расчет­ное и допускаемое напряжения на смятие, Н/мм², для менее прочного

 

материала, т. е. для деталей или для заклепок (см. ниже табл. 3.2). б) На срез заклепок

(3.2)

|гдс i — число плоскостей среза одной клепки (на рис. 3.6 i= 1); τ_ср и τ_ср ­расчетное и допускаемое напряжения на cрез, Н/мм², для заклепок (табл. 3.2).

в) На растяжение деталей(см. сече­ние I — I на рис. 3.6)

 

Рис. 3.6. К расчету однорядного односрезного клепаного шва

(3.3)

где N— продольная сила, возникающая в том сечении, где определяется σ_р (на рис. 3.6 в сечении N= F); р — шаг шва, мм; n — число отверстий в сече­нии, в котором определяется σ_р (на рис. 3.6 п = 2); σ_р и [σ]_р — расчетное и допускаемое напряжения на растяжение, Н/мм², для соединяемых деталей (табл. 3.2).

г) На срез края деталиодновременно по двум сечениям II— II (см. рис. 3.6). Поскольку распределение напряжений среза в указанных сечениях весьма сложно, для надежности расчета принимают, что срез

 

может произойти по длине e-(d₀/2)

 

(3.4)

 

где F₀ = F/z — сила, приходящаяся на одну заклепку, τ_ср и [τ]_ср — рас­четное и допускаемое напряжения на срез, Н/мм², для соединяемых деталей (табл. 3.2).

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

 

1. Диаметр отверстий под заклепки для швов внахлестку (см. рис. 3.6) или с одной накладкой (см. рис. 3.4)

 

(3.5)

2. Шаг заклепочного шва (см. рис. 3.6)

(3.6)

3. Расстояние от края детали до оси заклепки (см. рис. 3.6) при продавленных отверстиях

(3.7)

при сверленых отверстиях

(3.8)

4. Расстояние между рядами заклепок (см. рис. 3.4)

(3.9)

5. Толщина накладок (см. рис. 3.5)

(3.10)

Необходимое число заклепок z определяют расчетом из условий прочности на смятие и срез по формулам (3.1) и (3.2).

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 шваи обозначают буквой φ.

Сечение детали на длине одного шага р ослаблено отверстием ди­аметра d_Q (см. рис. 3.6), следовательно,

(3.11)

Чем больше значение φ, тем лучше использован материал склепыва­емых деталей.

Значения коэффициента φ зависят от конструкции шва.

Ориентировочные минимальные значения коэффициента φ_min для прочных швов приведены ниже:

Тип шваφ_min

Однорядный внахлестку ...................... 0,67

Двухрядный »............................................ 0,75

Однорядный с двумя накладками ....... 0,71

Двухрядный » » »............................... 0,84

При проектировочном расчете клепаного соединения значение коэффициента φ_min задают, а затем выполняют проверочный расчет. Ecли окажется, что расчетное значение φ<φ_min, то изменяют конст­рукцию соединения и расчет повторяют.

Для повышения значения φ уменьшают d₀ и увеличивают р, т. е. применяют многорядные двухсрезные швы или увеличивают ширину или толщину деталей в местах

1. Заклепки в шве располагают так, чтобы ослабление соединяемых деталей отверстиями было наименьшим (предпочитают шахматное рас­положение заклепок рядовому).

2. Во избежание возникновения изгиба соединяемых деталей зак­лепки располагают на оси, проходящей через центр тяжести склепы-наемых деталей (рис. 3.7) или симметрично относительно этой оси, или как можно ближе к ней.

3. Не рекомендуется в одном шве применять заклепки разных диаметров.

4. Для предотвращения поворота соединяемых деталей относитель­но друг друга число заклепок в шве принимают не менее двух, т. е. z≥2.

Рис. 3.7. Пример клепаной конструкции

5. Герметичность стыка в прочноплотных швах можно обеспечить нанесением на поверхности стыка клея, силоксановых эмалей, метал­лических покрытий, получаемых гальваническим способом или газо­пламенным напылением.

6. Конструкцию соединения разрабатывают после определения количества заклепок.