125376 (Расчет заклепочных швов), страница 2

2 2,3 2,6 3 3,5 4 5 6 7 8

Диаметр 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.

В соответствии с этим заклепочные швы делятся на однорядные, двухрядные, многорядные, параллельные и шахматные (рис. 4).

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 [19].

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. 4. 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 [7].

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

Клепка бывает двух видов: обыкновенная, когда обе головки заклепок возвышаются над поверхностями склепываемых деталей, и потайная, когда головки заклепок скрыты заподлицо с поверхностями склепанных деталей. Детали из сортовой стали склепывают с деталями из кровельной стали заклепками диаметром 2...3 мм. Закладные головки заклепок при этом должны располагаться на более тонкой детали. Детали соединяют заклепочными швами в один и реже в два ряда. Соединяемые листы укладывают при этом внахлестку (рис. 5).

Рис. 5. Заклепочные швы: а - соединение внахлестку с одним рядом заклепок; б - соединение внахлестку с двумя рядами заклепок; 1 - лист; 2 - заклепка; d - диаметр отверстия

Шаг между заклепками склепываемых листов для однорядных швов делают не менее 3d. Расстояние от центра заклепки до кромки соединяемых деталей должно составлять 1,5d стержня заклепки. Диаметр отверстия для заклепок просверливают на 1/10 больше диаметра стержня заклепок. Когда детали склепывают впотай, отверстия под головки в деталях раззенковывают под углом 60...90° на глубину, равную высоте закладной головки. Рабочие операции клепки (рис. 6) выполняют следующими инструментами: поддержкой 4, осадкой 1, обжимкой 6 и молотком 5 массой не более 0,3 кг.

Рис. 6. Рабочие операции клепки: а - осаживание соединяемых листов; б - расклепка стержня заклепки молотком; в - формирование головки; 1 - осадка; 2 - заклепка; 3 - заклепываемые листы; 4 - поддержка; 5 - молоток; 6 - обжимка