Типы болтовых соединений.

Лекция 3.

Основные типы соединений металлоконструкций: заклепочные соединения, болтовые соединения, сварные соединения. Материалы. Общие сведения о расчёте соединений.

Основные типы соединений металлоконструкций

Заклепочные соединения.

Применение заклепочных соединений в настоящее время ограничено конструкциями, выполненными из не свариваемых материалов, либо работающими под воздействием ударных нагрузок, а также в мостостроении, авиации, краностроении.

В настоящее время область применения заклепочных соединений, как неразъемных, все более сокращается по мере совершенствования методов сварки и склеивания. Их рекомендуется применять:

а) в конструкциях, воспринимающих большие вибрационные и ударные нагрузки;

б) при изготовлении конструкций из трудносвариваемых материалов (например, дюралюминий);

в) в конструкциях с повышенными требованиями к надежности соединения.

Преимущества.

Преимущества по сравнению со сварными соединениями

• возможность соединения не свариваемых и плохо свариваемых деталей,
• меньшие разрушения деталей при разборке,
• меньшая концентрация напряжений.

Недостатки.

• малая производительность технологического процесса,
• повышенные затраты материалов и габариты,
• значительная стоимость,
• повышенный уровень негативного воздействия вибраций на рабочих.

В заклепочных соединениях функцию соединительных элементов вы­полняют заклепки — стержни круглого поперечного сечения 1 с голо­вками на концах. Непоставленные в соединение заклепки имеют по одной головке, которая называется закладкой 3; вторая головка образуется в процессе клепки, ее называют замыкающей 4. Головки заклепок могут быть различной формы.

Соединение заклепками относится к неразъемным соединениям. Чтобы разобрать это соединение, необходимо вырубить или высверлить заклепки.

Приемы соединения деталей за­клепками показаны на рис. 89. В со­единяемых деталях сверлят отверстия несколько большего диаметра, чем ди­аметр стержня заклепки. В отверстие вставляют заклепку (рис. 89, I) и вна­чале сжимают (осаживают) соединяе­мые детали (рис. 89, II), пользуясь для этого снизу поддержкой 4 с выточкой по форме головки. Затем заклепывают свободный конец заклепки (рис. 89, III) и для образования полукруглой за­мыкающей головки пользуются об­жимкой 5.

Рис. 89

В серийном и массовом производст­ве применяется механическая клепка, осуществляемая пневматическими молотками, клепальными машинами и прессами. Способ клепки пневматическим молотом показан на рис. 90.

Рис. 90

Стандартом предусмотрено несколько типов заклепок нормальной точ­ности общего назначения, основными из которых в общем машиностроении являются: с полукруглой головкой ГОСТ 10299-80 (рис. 91, I); с потайной головкой ГОСТ 10300-80 (рис. 91, II); с полупотайной головкой ГОСТ 10301- 80 (рис. 91, III) и др.

В тех случаях, когда нет доступа к зоне замыкающей головки, применя­ют взрывные заклепки (рис. 91, IV) с частично полым стержнем, заполнен­ным взрывчатым веществом.

Рис. 91

Для слабонагруженных соедине­ний применяют иногда трубчатые за­клепки (их называют также пистона­ми), для соединения металлических деталей — заклепки, показанные на рис. 91, V, а для податливых материа­лов (кожи, некоторых пластмасс и др.) — показанные на рис. 91, VI.

В настоящее время для соединения металлоконструкций больших пере­крытий находят применение так называемые болты-заклепки.

Болт-заклепка (рис. 91, VII) состоит из двух деталей: стержня 1 и коль­ца 2. При соединении деталей болтом-заклепкой зажимы специального ус­тройства захватывают нижний ее конец (хвостовик 3 с проточками — реб­рами) и, упираясь в соединяемые детали выступами, оказывают усилие растяжения на стержень. Одновременно на стержень болта-заклепки оде­вается кольцо, прижимается с усилием к соединяемым деталям и обжима­ется за средний участок стержня с накатанными кольцевыми проточками (ребрами). После обжатия кольца в шейке стержня происходит отрыв хво­стовика.

Типы болтовых соединений.

Болтовые соединения повсеместно применяются при ведении монтажных работ, которые не предполагают использование услуг по сварке. Основной тип болтовых соединений - соединение на накладках или внахлестку. В основном в строительстве применяют многоболтовые соединения.

По принципу работы болтовые соединения можно разделить на следующие типы: соединения, в которых отсутствует или возникает сдвиг между соединяемыми элементами. К первому типу соединений относят крепление на болтах повышенной, нормальной и грубой точности, ко второму - крепление на высокопрочных болтах. Различия между болтами первого вида заключается в различных требованиях к точности производства и способам образования отверстий.

Прочность болтовых соединений зависит как от типа болтов, материала из которого изготовлены они и соединяемые конструкции, так и от метода образования отверстий. Выделяют три способа их образования: сверление, при котором обеспечиваются гладкие края отверстий, продавливание в прессах можно назвать более технологичным методом и продавливание с последующим рассверливанием до необходимого диаметра. Следует отметить, что при использовании метода продавливания в прессах на поверхности изделия появляются заусенцы, наклепы и надрывы металла.

При изготовлении болтов повышенной точности допуском по диаметру может достигать до - 0,3 мм и монтируется в отверстия с зазором до 0,5 миллиметра. Отверстия данного типа можно получить сверлением трех видов. Сверлением по кондукторам, на проектный диаметр, а так же сверление или продавливание меньшего диаметра отверстия с дальнейшим рассверливанием до необходимого размера. Соединения, полученные при использовании данных болтов хорошо работают на сдвиг за счет высокой плотности установки в отверстиях. Следует отметить, что из-за сложности в обеспечении совпадения отверстий болты повышенной прочности в настоящее время применяются не часто, их вытесняют высокопрочные аналоги.

Наиболее часто используются болты диаметром равным 12-24 мм с модулем 2 мм, которые относятся к классу прочности 4.6 или 5.6. Их длина составляет 40-200 мм. Соединения и крепления на болтах грубой, нормальной и повышенной точности в основном работают на сдвиг и достаточно редко на растяжение. При применении методики сдвига все усилия направляются со стенок отверстия на болт. Процесс сдвига в различных соединениях приводит к перерезыванию болта по площадкам среза и последующему смятию стенок отверстия по поверхности их соприкосновения со стержнем болта.

Высокопрочные болты являются наиболее эффективными крепежными элементами. В них сочетается высокая несущая способность со значительной устойчивостью к деформациям. Такие болты могут использовать вместо заклепок практически во всех соединениях. Затяжка гаек для таких болтов производится ключами с храповым механизмом, что позволяет контролировать усилие затяжки.

Сварные соединения

Производство сварных металлоконструкций осуществляется путем сварки готовых элементов. Сваркой называется процесс получения неразъемных монолитных соединений металлов и сплавов путем термического оплавления свариваемых деталей. По этому принципу происходит как возведение массивных металлических несущих свариваемых каркасов производственных зданий, ангаров и мостов, так и производство изделий для бытового строительства – элементов заборов, ворот, оконных решеток. При этом возможно соединение разнородных деталей, различных сплавов и металлов, различной толщины и формы, что улучшает технологичность соединения.

Под самим сварным соединением понимают непосредственно шов, состоящий из литых основного и дополнительных металлов, зона термического влияния, в которой металл не оплавляется, но в результате нагрева претерпевает изменения структуры, и нетронутый металл (рис 5).

Рис.5. Сварное соединение. 1- сварной шов, 2 – зона термического влияния, 3 – нетронутый металл.

При этом, стоит отметить, что сварка целесообразно лишь в металлах и сплавах, характеризуемых хорошей свариваемостью. То есть, возможность образования шва без трещин и без нарушения пластичности металла в околошовной зоне. Металл при этом не должен переходить в хрупкое состояние, что важно для сварки конструкций, эксплуатируемых в условиях низких температур. Так же, для некоторых легированных сталей, это требование означает сохранение коррозионных и прочностных свойств металла в сварном соединении.