Расчёт заклёпочных соединений

 

АННОТАЦИЯ

 

«Расчёт заклёпочных соединений». Курсовая работа. – Сатка: филиал ЮУрГУ в г. Сатка, СМ и РСК, 2 курс, гр.267, 2011., 35 с., 15 ил. Библиографический список – 3 наименования.

Данная курсовая работа выполнена  с целью закрепления теоретических  и практических  знаний по расчёту заклёпочных соединений. В процессе выполнения курсовой работы были рассмотрены основные вопросы расчета заклепочных соединений, приведены примеры решения задач по данной теме. Весь подбор информации был произведен в соответствии с требованиями нормативно-технической литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение 4

1. Заклёпочное соединение 7

2. Виды заклепочных соединений 7

3. Расчет заклепочного соединения 9

4. Способы образования отверстий и гнезд под заклепки 11

5. ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ  К ЗАКЛЕПКАМ 16

6. СПОСОБЫ КЛЕПКИ 18

7. МЕТОДЫ ОБРАЗОВАНИЯ  ЗАМЫКАЮЩИХ ГОЛОВОК ЗАКЛЕПОК 26

8. СХЕМА ПРОЦЕССА  УДАРНОЙ КЛЕПКИ 29

Задачи 31

заключение 34

библиографический список 35

 

ВВЕДЕНИЕ

Заклепка представляет собой цилиндрический стержень с выштампованной закладной головкой из круглой калиброванной стали. Формы головок бывают: полукруглая, полу потайная, коническая. В процессе клепки на втором конце стержня формируется замыкающая головка.

По назначению заклепочные соединения подразделяются на прочные, плотные и прочноплотные. Прочные соединения применяют при сборке и монтаже колонн, ферм, балок; плотные - цистерн, резервуаров; прочноплотные - для изготовления емкостей, находящихся под давлением.

Заклепочные соединения применяют  при изготовлении тяжелых подкрановых  балок, мостов, элементов пролетных  и других конструкций, для которых  необходимо обеспечить высокую вибрационную прочность. Чаще всего используют заклепки диаметром 12-30 мм, которые ставят в отверстия, диаметр которых на 1-1,5 мм больше диаметра заклепки.

За расчетный диаметр заклепки принимают диаметр отверстия, так  как при образовании замыкающей головки стержень головки осаживается  и утолщается.

Длину заклепки выбирают с учетом толщины соединяемого пакета и длины  стержня, идущей на образование замыкающей головки и заполнение зазора между  отверстием и стержнем.

В самих заклепках и в заклепочных  соединениях возникают срезывающие, сжимающие и изгибающие напряжения; наиболее опасны из них срезывающие  и сжимающие.

Клепку выполняют горячим и  холодным способами. Горячую клепку производят, как правило, в заводских  условиях. Для этого применяют  электрические или пневматические клепальные скобы. Заклепку, нагретую до 900-1100°С (оранжевый цвет), вставляют в отверстие соединяемых элементов. При остывании заклепка укорачивается и плотно стягивает склепанный пакет. В условиях монтажной площадки клепку ведут холодным способом с применением пневматических клепальных молотков. Операции выполняют в такой последовательности: изготовление деталей с отверстиями; установка в часть отверстий временных болтов (не менее 1/3 от числа всех заклепок); рассверливание (при необходимости) отверстий в сборных деталях; непосредственно клепка. При установке заклепок их удерживают ручными поддержками.

Заклепки  располагают в один или несколько  рядов. Расстояние между осями продольного  ряда заклепок, т.е. установленных вдоль  прилагаемого усилия, называют шагом, а в поперечном ряду - дорожкой. В  зависимости от числа заклепок в  соединении и их расположения монтажную  клепку подразделяют на узловую и рядовую. Узловой считают клепку, если в узле не более 15 заклепок, рядовой - клепку при числе заклепок в узле более 15.

Для рассверливания отверстий применяют  пневматические сверлильные машины.

Качество поставленных заклепок проверяют  внешним осмотром, замерами и остукиванием. При внешнем осмотре удостоверяются, что нет перекосов, а при остукивании, что отверстие целиком заполнено стержнем. Для этого применяют контрольный молоток массой 0,3-0,4 кг. Удары наносят по боковой поверхности головок в направлении, перпендикулярном ее оси.

Слабые заклепки заменяют. Чтобы  извлечь заклепку, одну из ее головок  срубают зубилом или срезают  кислородным резаком, после этого  выбивают стержень заклепки пневматическим молотком и выколоткой. Чтобы заклепка легче выходила из отверстия, его  со стороны срубленной головни заливают керосином.

Заклепки в конструкциях из алюминиевых  сплавов изготовляют из сплавов  тех же марок, что и соединяемые  элементы, и ставят только в холодном состоянии. Контакт алюминиевых  сплавов с другими металлами  недопустим, так как в местах соприкосновения  возникает электрохимическая коррозия.

При клепке на высоте следят за устойчивостью  и прочностью подмостей. При работе на деревянных подмостях на них должно быть ведро с водой или песком.

 

1 ЗАКЛЁПОЧНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Заклёпочное соединение — неразъёмное  соединение деталей при помощи заклёпок. Обеспечивает высокую стойкость  в условиях ударных и вибрационных нагрузок. На современном этапе развития технологии уступает место сварке и  склеиванию, обеспечивающим большую производительность и более высокую прочность соединения. Однако, по-прежнему находит применение в следующих случаях: в соединениях, где необходимо исключить изменение структуры металла, коробление конструкции и перегрев расположенных рядом деталей; соединение разнородных, трудно свариваемых и не свариваемых материалов; в соединениях с затруднительным доступом и контролем качества; в случаях, когда необходимо предотвратить распространение усталостной трещины из детали в деталь. Большинство соединений в самолётах по-прежнему выполняется клёпкой.

 

Рис.1. Двухрядное заклёпочное соединение

 

2 ВИДЫ ЗАКЛЁПОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

 

Место соединения деталей заклепками называется заклепочным швом.

В зависимости от характеристики и  назначения заклепочного соединения заклепочные  швы делят на три вида: прочные, плотные и прочнойлотные.

Прочный шов применяют для получения  соединений повышенной прочности. Прочность  шва достигается тем, что он имеет  несколько рядов заклепок. Эти швы применяют при клепке балок, колонн, мостов и других металлических конструкций.

Плотный шов применяют для получения  достаточно плотной и герметичной  конструкции при небольших нагрузках.

Соединения с плотным швом выполняют  обычно холодной клепкой. Для достижения необходимой герметичности шва  применяют различного рода прокладки  из бумаги, ткани, пропитанные олифой или суриком, или подчеканку шва.

Прочноплотные швы выполняют горячей  клепкой с помощью клепальных машин с последующей подчеканкой  головок заклепок и кромок листов.

В каждом заклепочном соединении заклепки располагают в один, два и более рядов.

В соответствии с этим заклепочные  швы делятся на однорядные, двухрядные, многорядные, параллельные и шахматные (рис. 1).

Различают клепку ручную, механизированную, при которой применяют пневматические клепальные молотки, и машинную, выполняемую  на прессах одинарной и групповой  клепки.

При ручной клепке применяют слесарные  молотки с квадратным бойком, поддержки, обжимки, натяжки и чеканки.

Массу молотка выбирают в зависимости  от диаметра заклепки.

Поддержки являются опорой при расклепывании  стержня заклепок. Форма и размеры  поддержек зависят от конструкции  склепываемых деталей и диаметра стержня заклепки, а также от выбранного метода клепки (прямой или обратный). Поддержка должна быть в 3—5 раз массивнее молотка.

Обжимки служат для придания замыкающей головке заклепки после осадки требуемой  формы. На одном конце обжимки  имеется углубление по форме головки  заклепки.

 

Рис. 2.

Заклепочные швы: а — однорядный в нахлесточном соединении; б — однорядный в стыковом соединении; в — однорядный в стыковом соединении с одной накладкой; г — двухрядные с шахматным расположением заклепок в стыковом соединении с одной накладкой

Натяжка представляет собой бородок  с отверстием на конце. Натяжка применяется  для осаживания листов.

Чекан представляет собой слесарное  зубило с плоской рабочей поверхностью и применяется для создания герметичности  заклепочного шва, достигаемой обжатием (подчеканкой) замыкающей головки и края листа.

 

3 РАСЧЁТ ЗАКЛЁПОЧНОГО СОЕДИНЕНИЯ

Рассмотрим основы практических расчетов на срез заклепочных соединений. Более  подробно эти вопросы освещаются в курсах деталей машин и конструкций. На рис. 3 показано соединение двух листов заклепками (соединение внахлестку). Соединение разрушается в результате перерезывания заклепок по линии соприкосновения листов. Если разрушение каждой заклепки происходит по одной плоскости среза, то заклепочное соединение называется односрезным, если по двум плоскостям, то соединение называется двухсрезным и т.д.

Учитывая большие трудности, связанные  с определением действительного  напряженного состояния материала  заклепки в зоне разрушения, для  упрощения задачи принимаем, что  по плоскостям среза действуют только касательные напряжения, которые  распределяются по поверхности среза  равномерно. Второе допущение устанавливает, что при действии статической нагрузки можно принимать поперечную силу в каждой заклепке равной

 

где P - сила, действующая на соединение; n - число заклепок.

 

Рис. 3.

 

Приняв указанные допущения, получим  условие прочности заклепок на срез:

 

 

 

где F=πd2/4 - площадь поперечного сечения заклепки диаметром d, [τ]≈(0.6÷0.8)[σ] - допускаемое касательное напряжение. При двухсрезном или многосрезном заклепочном соединении вместо n в формулу следует подставлять общее число срезов заклепок, расположенных по одну сторону стыка.

Кроме расчета на срез заклепочные  соединения рассчитывают также на смятие. Проверяют напряжения смятия по площади  соприкосновения соединяемых листов и заклепок. С целью приближенного  расчета истинная эпюра распределения  сжимающих напряжений смятия заменяется приближенной равномерной эпюрой (рис.4.). Площадь смятия одной заклепки принимают равной Fсм=dt, где t - толщина соединяемых листов.

Рис.4.

 

Условие прочности на смятие имеет  следующие вид:

 

 

где [σсм]≈(0.5÷0.6)[σ] - допускаемое напряжение на смятие.

В случае склепывания внахлестку двух листов различной толщины надо принимать  t=tmin.

Кроме расчета на срез и смятие составляют также условие прочности  листа на разрыв

 

 

где F1 - площадь сечения листа по ряду заклепок в направлении, перпендикулярном линии действия силы P; n1 - число заклепок в этом сечении; b - ширина листа

 

4 СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ И ГНЁЗД ПОД ЗАКЛЁПКИ

 

Технологический процесс выполнения соединений заклепками состоит из ряда последовательно выполняемых операций. Начинается этот процесс с образования отверстий под заклепки. Расположение отверстий в шве, размеры и качество поверхности отверстия в значительной степени определяет прочностные показатели и трудоемкость выполнения клепаного шва.

Отверстия в шве располагаются в соответствии с чертежом и техническими условиями на узлы и агрегаты. Диаметры отверстий, допуски на них и чистота поверхностей отверстий зависят от типа заклепки.

Для обычных – стержневых –  заклепок отверстия образуют пробивкой  или сверлением; чистота поверхности отверстия – 4, 5. Для заклепок с высоким сопротивлением срезу применяются три вида посадки стержня в отверстие (А/Пл, А3/C 3, А4/С4); отверстия после сверления зенкуют, развертывают или протягивают.

Так же обрабатывают и отверстия  под болт-заклепки и обычные болты. Метод образования отверстий в значительной степени влияет на прочность клепаных соединений при статических, повторно-статических и вибрационных нагрузках.

При расчете соединения нагрузку, разрушающую шов при срезе  заклепок, определяют по формуле

 

Рз = inƒcτp,

 

т.е. распределение усилий по заклепкам  принимают равномерным. В

действительности усилия по заклепкам  распределены неравномерно, что снижает фактическую прочность шва, определяемую при испытании.

Характер распределения усилий по заклепкам зависит от механических свойств и толщины соединяемых элементов, характера размещения силовых точек в шве, технологического процесса выполнения соединения, а также от совпадения отверстий в соединяемых элементах.

Отверстия под силовые точки в соединяемых  элементах можно сверлить раздельно для каждой детали или одновременно для всех соединяемых листов, т.е. пакета.

В зависимости от способа образования  отверстий, оснастки и оборудования получается различная точность размещения силовых точек по шагу и рядам. Так, например, при одновременном сверлении пакета отверстия во всех листах хорошо совпадают, при раздельном – добиться совпадения отверстий можно только при применении одинаковых высокоточных кондукторов или при последующей совместной протяжке или развертывании пакета. Даже незначительное несовпадение отверстий или волнистость в одном из соединяемых листов приводит к неравномерной работе силовых точек и понижению прочности соединения.

 

                                      Рис.5.

На рисунке показаны два наиболее типичных случая несовпадения отверстий  в соединяемых листах. Волнистость  одного из листов (см. рис.5, б) приводит к тому, что при нагружении соединения нагрузка первого листа (δ1) передается (см. рис.5, в) на второй лист (δ2) через силовую точку (заклепку) 1. Это продолжается до тех пор, пока первый лист (δ1) не выпрямится или не уничтожится зазор Δ1 (см. рис.5, а), после чего в работу вступит силовая точка 2 (см. рис.5, г). Момент включения в работу силовой точки 2, а также начальная нагрузка на точку 1 зависят от прогиба Δ2 (или зазора Δ1) и прочности листов.

Значительные  зазоры и волнистость листов могут  привести к тому, что силовая точка 1 будет срезана, прежде чем в работу вступит силовая точка 2. Чтобы  не допустить этого, необходимо определить допустимый зазор Δ1 исходя из условий  работы точки 1 (в упругой области) на смятие и листа (δ 2) на растяжение на длине t0, т.е.

 

Δ1 ≤ Δ см – ΔL (1)

или

Δ1 ≤ ΔL – Δ см (2)

 

в зависимость от того, что больше - Δсм или ΔL. Δ