§ 5. Заклепочные и сварные соединения

Заклепочные соединения. Заклепки применяют для соединения между собой элементов конструкций (стальные и дюралюминиевые листы, профильная сталь и т. д. ). Такие соединения сейчас в большой мере утратили свое значение, уступив место сварке. В настоящее время заклепочные соединения применяются в судостроении, самолетостроении, а также в машиностроении и других отраслях в тех случаях, когда по разным причинам применение сварки недопустимо.

Заклепка представляет собой цилиндрический стержень, на конце которого имеется закладная головка. Стержень входит в просверленное (или продавленное) в соединяемых частях конструкции отверстие, закладная головка при помощи специальной поддержки плотно прижимается к скрепляемым деталям. Затем производится клепка, в процессе которой выступающая часть цилиндрического стержня превращается в так называемую з а м ы к а ю щ у ю головку (рис. 8). Клепка производится ударами молотка, ку- валды или давлением специальной клепальной машины на обжимку, которая и формирует замыкающую головку. Для за- клепок диаметром более 12 мм применяется г о р я ч а я клепка, при которой заклепку нагревают до светло-красного каления.

Заклепки различаются по форме головок; наиболее распространены заклепки с полукруглой головкой. В случаях, когда выступающие головки недопустимы, применяют заклепки с потайными или полупотайными головками.

Заклепки изготовляются из малоуглеродистой стали (Ст. 2, Ст. 3), меди, алюминия и др. в зависимости от назначения шва и от материала склепываемых деталей.

Место соединения листов (или деталей) с помощью заклепок называется заклепочным швом. По взаимному расположению листов различают заклепочные швы внахлестку или встык, с одной или двумя накладками. В зависимости от расположения заклепок швы делятся на однорядные и многорядные. Заклепки могут располагаться в шахматном порядке.

Склепанные швы при остывании сжимаются заклепкой, при нагружении соединения силами, Р между листами действуют силы трения, пропорциональные силе сжатия листов заклепками (рис. 9). Определение сил трения в заклепочном соединении затруднительно, поэтому при расчете прочности шва силы трения не учитывают, условно допуская, что листы сдвигаются один относительно другого на величину зазора между стержнем заклепки и стенкой отверстия в листах.

Причина ми разрушения заклепочного соединения могут быть срез заклепок; смятие листов и заклепок; разрыв листа в сечении, ослабленном отверстиями; разрушение кромки листа у отверстия под заклепку. Принимая во внимание допущения о равномерности распределения нагрузки между заклепками, об отсутствии концентрации напряжений у отверстии и о равномерности распределении давлений по боковой поверхности заклепки, можно условия прочности записать в виде следующих формул: на срез заклепок

P [ ]_cp ( d²/4)m; (II.5)

на срез соединяемых элементов

P [ ]_cp2 _min(-d/2)m*; (II.6)

на разрыв листа

Р [ ]_р (t - d) _min ^т; (II.7)

на смятие стенок отверстий и заклепок

Р [ ]_см d _min^m, (II.8)

где Р - нагрузка заклепочного соединения;

d - диаметр заклепки (принимается диаметр отверстия под заклепку);

_rnin - меньшая из толщин склепываемых листов;

m - количество заклепок шва;

t - расстояние между осями заклепок шва в направлении, перпендикулярном к действующему на шов усилию, - шаг шва;

l - расстояние от оси заклепки до края листа.

Решая одновременно приведенные уравнения, можно определить основные размеры, диаметр заклепки, толщину склепываемых листов. Приравнивая правые части уравнений (II.5) и (II.8), т.е. предъявляя требование равнопрочности заклепок на срез и стенок отверстий на смятие, находим диаметр заклепок:

d = (1,8 2,2) _miп (II.9)

Приравнивая правые части уравнении (11.6) и (II.7), находим шаг заклепочного шва:

t = 2,57d; (II.10)

обычно принимается t=(3/6)d.

Приравнивая правые части уравнений (II.5) и (II.6), находим расстояние от оси заклепки до края листа

l = 1,5d (II.11)

Полученные результаты справедливы при следующих соотношениях между допускаемыми напряжениями на растяжение [ ]_р, срез [ ]_ср, [ ]'_ср и смятие [ ]_см:

[ ]_см = 1,6 [ ]_р; [ ]_cp = [ ]_р;

[ ]’_ср=0,8 [ ]_ср (II.12)

Допускаемые напряжения для заклепочных швов выбираются по техническим нормам, разработанным отдельно для соединений металлоконструкций, котлов и т. п. И приведенным в соответствующих справочных таблицах.

Сварные соединения. Неразъемные соединения при помощи сварки получили широкое распространение в машиностроении и строительных конструкциях. Сварные соединения по сравнению с заклепочными отличаются простотой и быстротой выполнения, экономией металла, возможностью автоматизации процесса сварки, облегчают изготовление деталей сложной конфигурации и реставрацию изношенных или поломанных деталей.

Сварные с о е д и н е н и я делятся на стыковые, угловые, тавровые и внахлестку. Сварные швы выполняются односторонними и двусторонними и с различным оформлением кромок. На рис. 10 приведены примеры образования сварных швов (в их условных обозначениях в соответствии с гост 2.312-68).

Для сварных швов внахлестку, кроме условного обозначения шва треугольником, на рис. 10 приведены буквенные обозначения, которые на чертежах указываются в мм: к - катет шва; 1- длина шва; t - шаг шва; d - диаметр отверстия.

Наплавленные швы, например, у тавровых соединений без кромок и у швов внахлестку в отличие от стыковых называют в а л и к о в ы м и.

Стыковые швы рассчитывают на прочность по уравнениям: при растяжении

_р = P/sl [ ]_р, (11.13)

или при сжатии

[ ]_сж = Р /sl [ ]_сж, (11.14)

где Р - внешняя нагрузка, приложенная к шву;

s - толшина спариваемых элементов;

l - длина шва;

[ ]_р и [ ]_сж - допускаемые напряжения растяжения или сжатия для материала шва.

Если внешняя нагрузка Р известна, то при заданной толщине соединяемых деталей длину шва при растяжении или сжатии определяют по формулам:

l=P/s[ ]_p, или l=Р/s[ ]_сж , (II.15)

Соединение внахлестку (валиковые швы) может быть выполнено с односторонним швом и с двусторонним (рис. 11, а и 6). За опасное сечение принимается площадь F = cl, опасными напряжениями считаются касательные.

Расчетное уравнение для шва, показанного на рис. 11, а, имеет вид

_ср = Р /сl [ ]_ср, (II.16)

где с - высота треугольника, определяемая по чертежу или расчетом;

[ ]_ср - допускаемое напряжение среза для шва.

Расчетное уравнение для шва, представленного на рис. 11, б, следующее:

cp = Р /2сl [ ]_ср

Из построения шва в форме равнобедреннного треугольника (рис. 11,6) видно, что k=s. Высота опасного сечения:

с = k cos 45⁰ = s cos 45⁰ 0,7s, (II .17)

следовательно,

_cp = P/2·0,7_sl = P/l,4_sl [ ]_cp (II.18)

Задаваясь величиной [ ]_ср можно определить длину шва.

Полученные уравнения не учитывают напряжений, возникающих от изгиба моментом М_и =P_s; при длине перекрытия L 2s эти напряжения невелики. ими можно пренебречь.