Рекомендації щодо конструювання заклепувальних з’єднань

Заклепки широко використовуються для виконання нероз'ємних з'єднань. Промисловість випускає велику номенклатуру заклепок, що відрізняються призначенням, геометрією заставної головки, розмірами, матеріалом, конструкцією та технологією клепки. Сортамент заклепок, що застосовуються в авіабудуванні, наведено в [1].

Основними параметрами заклепувальної сполуки є (рис. 2.1.):

d – діаметр заклепки;

L – довжина заклепки;

t - крок заклепувального шва;

a – відстань від краю листа;

δi - товщина листів, що з'єднуються;

s = Σ δi - товщина пакета.

З'єднання, показане на рис. 2.1 є однорядним однозрізним. Визначення параметрів

з'єднання має сенс проводити умови рівноміцності всіх його елементів.

Як правило, з попереднього розрахунку проекту конструктору відомі товщини і матеріал з'єднуються листів.

Підбір діаметра заклепки dздійснюється з умови рівноміцності заклепки на зріз і

заклепки або листів під нею на зминання:

Звідки легко отримати:

(1)

де

[σсм]л, [σср]зк - допустимі напруги на зминання відповідно матеріалу листа та заклепки;

τзк - напруга, що допускається, на зріз заклепки;

δmin - мінімальна з товщин листів

Знайдене значення округляється до найближчого за сортаментом.

У конструкторській практиці підбір діаметрів заклепок частіше ведуть за нормаллю 3АР (див. [1], де в табличному вигляді наведено значення Рср та Рсм залежно від d та δ.

У силових з'єднаннях заклепки діаметром менше 3 мм не застосовуються.

Основи розрахунку локальної групи заклепок розглянуті у курсі «Основи конструювання машин». Для авіаційних конструкцій характерне застосуваннязаклепувальних з'єднань у регулярних зонах панелей обшивки, навантажених розподіленими нормальними та дотичними силами.

Визначення кроку tрозглянемо залежно від варіанта навантаження:

1) Навантаження листів обшивки нормальними силами. З умови рівноваги листів (рис. 2.2) та міцності заклепки на зріз та листа на зминання:

де i - число рядів заклепок;

n - число площин зрізу в заклепці;

N = [σ] δ – погона нормальна сила;

[σ] - допустима нормальна напруга в листі;

Pразр = min ср; Рсп> - руйнівне зусилля для шва (Рср та Рсм визначаються за нормаллю ЗАР).

звідки (2)

2) Навантаження листів обшивки дотичними силами (рис. 2.3.).

З тих самих міркувань:

де Т = [τ]δ - погонна дотична сила;

[τ] - допустима дотична напруга в аркуші.

звідки (3)

Для умови: [τ] ≈ 0,65 [σ]

Малюнок 2.3 Малюнок 2.4

3) Комбіноване навантаження обшивки.

Згідно рис. 2.4

З умови рівноміцності листа та міцності заклепки на зріз:

(4)

де σ і τ - діють у аркуші напруги.

Знайдений з умови міцності крок з технологічних міркувань має бути зменшений до найближчого стандартного. ОСТ 1.00016-71 передбачає наступні значення кроку в заклепувальних швах:

t, мм: 12,5; 15; 17,5; 20; 25; 30; 35; 40; 50; 60.

Відхилення від стандарту допускаються у складних, нерегулярних місцях при постановці окремих груп заклепок. Обмеження на величину кроку:

t ≥ 3d - для однорядного шва (5)

t ≥ 5d – для багаторядного шва.

Визначення мінімальної відстані від краю листа апроводиться з умови рівноміцності листа на зминання тазріз:

Зріз відбувається по лініях 1 – 1 та 2 – 2 (рис. 2.5).

Звідси легко вивести:

(6)

Насправді приймають a = (1,5 - 2,0)d .

Визначення довжини заклепки Lзалежно від товщини пакета та діаметра ведеться за ОСТ 1.34041-79 – для звичайних заклепок та за ОСТ 1.34042-79 – для стрижневих.

Часто використовують прості співвідношення:

L = S + 1,3d – для заклепок з нормальною замикаючою головкою;

L = S + 0,8d – для заклепок з потайною замикаючою головкою.

Отримане значення округляють до найближчого сортаменту.

Порядок конструювання заклепувального шварекомендується наступний:

1) вибирається тип з'єднання (n, i) та тип (нормаль або ОСТ) заклепки ([τзк]). Є сенс розпочати

конструювання із однорядного шва (i = 1);

2) визначається за (1) і підбирається за сортаментом діаметр заклепки d, за нормаллю 3АР - Рср та Рсм;

3) (2), (3) або (4) визначається крок заклепок і зменшується до найближчого стандартного. При невиконанні обмежень (5) потрібно змінити i або n та повторити пункти 1 - 3;

4) Визначається відстань від краю листа та довжина заклепки

Конструюючи заклепувальну сполуку треба дотримуватися деяких правил:

заклепки повинні навантажуватися лише зрізуючими зусиллями;

відстань між рядами h у дво- або багаторядному з'єднанні приймається рівним h = (0,6 – 0,8) t;

пакет повинен складатися лише з трьох елементів (аркушів);

товщина пакета S ≤ (5 ÷ 6)d;

пакет краще комплектувати так, щоб міцніший лист розташовувався з боку замикаючої головки (рис. 2.6).

---