Общие сведения. Соединение, осуществляемое заклепками, относится к неразъемным соединениям

Соединение, осуществляемое заклепками, относится к неразъемным соединениям, т. к. для того чтобы разъединить детали необходимо разру­шить заклепки.

Заклепки применяют в соединениях, для которых методы сварки и склеивания малоэффективны или непригодны: в соединениях деталей из разнородных материалов, цветных металлов и сплавов, где нагрев недопус­тим из-за коробления; в особо ответственных случаях; в соединениях рабо­тающих при вибрационных нагрузках (авиация) и др.

Заклепка представляет собой стержень круглого поперечного сечения с головками по концам, одна из которых, называемая закладкой, изготовля­ется вместе со стержнем, а другая, называемая замыкающей, выполняется в процессе клепки.

Существуют различные формы заклепок, установленные ГОСТом (рис. 1.10).

Достоинства:

• высокая прочность и надежность соединения;

• возможность соединения деталей из любых материалов;

• высокая работоспособность при ударных и переменных нагрузках. Недостатки:

• ослабление соединяемых деталей отверстиями под заклепки;

• сложность технологического процесса изготовления клепаных конст­рукций;

• соединение встык требует дополнительных деталей-накладок.

Рис. 1.10. Формы заклепок:

а — с полукруглой головкой; б, в — с потайной или полупотайной головкой (судостроение, самолетостроение); г — с бочкообразной головкой; д — с широкой головкой для соединения тонколистовых материалов; е — трубчатые заклепки, применяются в соединениях неметалли­ческих слабонагруженных соединениях; ж — взрывные заклепки, применяются в труднодос­тупных местах для образования замыкающей головки

Рис. 1.11. Заклепочные соединения внахлестку:

а — однорядные; б — двухрядные; в — двухрядные с шахматным расположением заклепок; р — шаг между осями заклепок; е — расстояние от оси заклепок до края детали (листа); е1 — рас­стояние между рядами заклепок; при нахлесточном соединении заклепок — обозначения те же

2.2.Классификация заклепочных соединений

а) по назначению:

прочные соединения (металлоконструкции);

прочноплотные (резервуары высокого давления);

плотные (емкости с небольшим давлением).

б) по конструктивному признаку:

соединения нахлесточные одно-, двух- и многорядные (рис. 1.11);

соединения встык (рис. 1.12).

2.3.Критерии работоспособности и их расчет

Опыт эксплуатации конструкций показал, что нарушения соединений вызываются обрывом головки с разрушениями стержней, смятием стенок отверстий и стержней, а также разрушением соединяемых листов,

Рис. 1.12. Заклепочные соединения встык

а — односрезные заклепочные соединения; б — двухсрезные заклепочные соединения; в — двух-срезные заклепочные соединения с шахматным расположением заклепок

ослабленных отверстиями. Следовательно, основными критериями работоспо­собности являются прочность заклепок и листов соединений.

При расчете прочных швов предполагается, что нагрузка F распределя­ется между заклепками шва равномерно, а сила трения, возникающая меж­ду соединенными деталями, в расчете не учитывается.

В нахлесточном соединении (рис. 1.13, а) внешние нагрузки F образуют пару сил, момент которой мал в связи с малым плечом.

Расчетные формулы на прочность следующие:

1. Условие прочности заклепок на срез (рис. 1.13, а):

где

-число плоскости среза (на рис.1.13, а =1, на рис. 1.13, б = 2 );

z - число заклепок шва

- табл. 1.5.

2. Условие прочности соединяемых деталей на смятие (рис. 1.14).

где

- меньшаяизтолщины соединяемых деталей

z – число заклепок в ряду

3. Условие прочности соединяемых деталей на растяжение:

шаг р заклепочного соединения принимают р=(3…6)d;

d -диаметр заклепки;

Таблица 1.5. Выбор допускаемых напряжений

Вид напряжений	Обработка отверстия	Допускаемые напряжения, МПа
СТО и Ст2	СтЗ
Срез Срез Смятие Смятие Смятие	Сверление
Продавливание
Сверление
Продавливание

Примечание. При переменных нагрузках допускаемые напряжения рекомендуют пони­жать в среднем на 10...20 %.

Задача 1. Проверить прочность изображенного на рис. 1.14 заклепочно­го соединения, если F= 87 кН. Допускаемые напряжения на растяжение листов [ ]_р=140 МПа, на смятие [ ]_см = 280 МПа, на срез заклепок [ ]_ср = 100 МПа. Толщина листов _Л соединяемых встык деталей равна 10 мм, толщина накладок _Н каждой равна 6 мм. Диаметр заклепок d = 17 мм, ширина листов b = 150 мм.

Решение.

1.1.Проверка прочности листа на растяжение в сечении, ослабленного
отверстиями под заклепки:

1.2.Проверка прочности заклепок на срез, учитывая, что в данном со­единении заклепки двухсрезные.

где z — число заклепок на половине стыка, z = 2.

1.3.Проверка прочности листов на смятие (рис. 1.14):

Итак, проверка прочности листов на растяжение, заклепок на срез и листов на смятие проведена, прочность листов и заклепок обеспечена.

Рис. 1.14. Конструкция клепаного узла фермы

Задача 2. Две полосы соединены внахлест­ку пятью заклепками (рис. 1.15). Определить напряжения в сечении II—II, ослабленном от­верстиями под заклепки. Толщина каждого листа = 7 мм. Проверить прочность заклепок СтЗ, диаметр заклепок d=14 мм, допускаемое напряжение на срез [ ]_ср = 140 МПа, нагрузка на соединение F= 90 кН.

Решение.

2.1. Определить напряжения в сечении II—II листа. Полоса работает на растяжение.

2.2. Проверить прочность заклепок на срез:

здесь z — общее число заклепок;

_ср= 116 МПа<[ ]_ср 140 МПа.

Задача 3. Узел фермы (рис. 1.16) состоит из фасонки (листа), раскоса и стойки, которые крепятся заклепками. Диаметр заклепок d = 17 мм. Уси­лия в раскосе N1 = 110кН, в стойке N₂ = 80 кН. Толщина фасонки = 6 мм. Определить необходимое число заклепок, если[ ]_ср = 140 МПа; [ ]_см = 300 МПа.

Решение.

3.1. Определить число заклепок z для раскоса, заклепки двухсрезные.

Рис. 1.16. Узел фермы

Рациональное раз

заклепок

следовательно

Число заклепок из условия смятия листа

следовательно

Из полученных значений z принимаем большее, округляя до целого числа z = 4.

3.2. Определить число заклепок для стойки из условия среза:

3.2. Число заклепок из условия смятия листа

Рис. 1.17. Смещенные заклепки

Принимаем для стойки z= 3.

Встречаются конструкции, в которых со­единяемые части располагаются под углом друг к другу (например, узлы ферм, каркасов зданий). Узлы состоят из стандартных про­катных профилей (уголки, швеллеры).

В расчетах таких соединений необходимо учитывать:

А. Стержни (уголки и др.) следует располагать так, чтобы линии действия сил N1, N₂, N₃, проходящие через центры тяжести сечений, пересекались в одной точ­ке. В противном случае появляются моменты.

Б. Заклепки располагать ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения.

Разъемные соединения

Часть 3

ШПОНОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

3.1. Общие сведения

Шпонка представляет собой стальной брус, устанавливаемый в паз вала и в паз ступицы зубчатого колеса, шкива, соединительной муфты или звездочки.

Шпонка служит для передачи вращающего момента от вала к ступице и наоборот. Основные типы шпонок стандартизированы. Шпоночные пазы на ватах и осях получают фрезерованием концевыми или дисковыми фре­зами, в ступицах паз получают протягиванием.

Шпоночные соединения бывают неподвижными и подвижными и слу­жат для предотвращения относительного поворота ступицы вала при пере­даче вращающего момента.

Достоинства:

простота и надежность соединения;

легкость монтажа и демонтажа;

невысокая стоимость. Недостатки:

шпоночные пазы ослабляют сечение вала и ступицы;

паз является концентратором напряжений изгиба и кручения;

• трудоемкость в изготовлении соединения: крепление шпонки в пазу
винтами, ручная пригонка по пазу.

3.2. Разновидности шпоночных соединений

Шпоночные соединения подразделяют на напряженные и ненапряженные. В напряженном соединении действуют силы упругости, вызванные предвари­тельной затяжкой — монтажные напряжения.

Рис. 1.18. Соединение тангенциальными шпонками

Напряженные соединения получают при применении клиновых и тан­генциальных шпонок (рис. 1.18).

Рис. 1.19. Соединение Рис. 1.20. Соединение

призматическими шпонками сегментными шпонками

Ненапряженные соединения создаются при использовании призматиче­ских шпонок (рис. 1.19) и сегментных шпонок (рис. 1.20).

В этих случаях при сборке в деталях не возникает предварительных на­пряжений.

Рабочими гранями призматических шпонок (рис. 1.19) являются боко­вые поверхности высотой А.

По форме торцов различают шпонки со скругленными торцами, с пло­скими и с одним плоским, а другим скругленным торцом (1.21).

Призматические шпонки не удерживают детали от осевого смешения вдоль вала. Фиксируют колеса с помощью распорных втулок, винтов и других деталей.

Геометрические размеры призматической шпонки принимают по ГОСТ 23360—78 (табл. 1.6) в зависимости от диаметра вала; для сегментных шпо­нок - ГОСТ 24071-80 (табл. 1.7).

Параллельность граней призматической шпонки позволяет осуществить подвижное в осевом направлении соединение ступицы с валом (коробки пе­ремены передач). При перемещении ступицы силы трения могут нарушить правильное положение шпонки, поэтому ее крепят к валу винтами (рис. 1.22).

Сегментные шпонки (рис. 1.20) работают боковыми гранями. Применяют их для передачи сравнительно небольших вращающих моментов. Пазы для сег­ментных шпонок просты в изготовлении, удобны при монтаже и демонтаже.

Рис. 1.21. Шпонки призматические

Клиновые шпонки имеют уклон верхней грани 1:100, выполняются с голов­ками и без головок. Головка служит для выбивания шпонки из паза.

При установке шпонки в пазы вала и ступицы, при забивании создаются силы тре­ния, которые передают вращающий момент и осевую силу. Клиновые шпон­ки применяются относительно редко в тихоходных передачах.

Рис. 1.22. Крепление шпонки к валу Рис. 1.23. Соединение с цилиндрической шпонкой

Встречаются соединения цилиндрической шпонкой (штифт) на консоли вала. Отверстие под шпонку сверлят и обрабатывают разверткой после по­садки ступицы на вал (рис. 1.23).

Таблица 1.6. Призматические шпонки (из ГОСТ 23360-78)

Примечание. 1. Стандартный ряд длин 1, мм: 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18; 20; 25; 28; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 63; 70; 80; 90; 100; ПО; 125; 140; 160; 180; до 500.

2. Пример условного обозначения шпонки b = 14 мм; l; =9 мм; l = 100 мм исполнения: Шпонка 14 х 9x100 ГОСТ23360-78. Обозначение шпонки исполнения 2: Шпонка 2~14х 9х 100 ГОСТ23360-78.

Таблица 1.7 Сегментные шпонки ГОСТ 24071—80

Примечание: В зависимости от принятой базы обработки и измере­ния на рабочем чертеже должен ука­зываться один размер для вала t1 (предпочтительный вариант) или d — t1 и для втулки d + t2.

Примечание. Допускается в технически обоснованных случаях (пустотелые и ступенчатые ваты, передача пониженных крутящих моментов и т. п.) принять меньшие размеры сечений шпонок на валах больших диаметров, за исключением выходных концов валов.

3.3. Расчет шпоночных соединений

Критерием работоспособности шпоночных соединений является прочность Шпонки выбирают из таблиц стандартов в зависимости от диаметра вала с последующей проверкой на прочность. Основным расчетом шпоночных соединений является расчет на смятие. Расчет стандартных шпонок на срез чаще всего не производят, т. к. стандартные шпонки имен размеры b и А, которые подобраны так, что нагрузку соединения ограничивают напряжения смятия, а не среза.

Призматические шпонки проверяют по условию прочности на смятие (рис. 1.19, 1.24):

где d — диаметр вала в месте установки шпонки, мм;

Ft — окружная сила;

А_см — площадь смятия

где - величина глубины паза на валу;

- рабочая длина шпонки, с плоскими торцами , со скругленными , где - ширина шпонки.

Приближенно можно принять

где h — высота шпонки.

При проектировочном расчете определя­ют рабочую расчетную длину шпонки и согласовывают полученное значе­ние со стандартным рядом по ГОСТ 23360—78 (табл. 1.6). Длину ступицы принимают на 8... 10 мм больше длины шпонки.

Сегментную шпонку (рис. 1.20, табл. 1.7) проверяют на смятие:

В связи с тем, что сегментная шпонка узкая, ее проверяют на срез:

Дата добавления: 2015-07-08