Заклепочное соединение относится к неразъемным соединениям. В большинстве случаев его применяют для соединения листов и фасонных прокатных профилей.
Клепку (осаживание стержня) можно производить вручную или машинным (пневматическими молотками, прессами и т. п.) способом. Машинная клепка дает соединения повышенного качества, так как она обеспечивает однородность посадки заклепок и увеличивает силы сжатия деталей. Стальные заклепки малого диаметра (до 8…10 мм) и заклепки из цветных металлов ставят без нагрева – холодная клепка. Стальные заклепки диаметром больше 8...10 мм ставят горячим способом – горячая клепка. Нагрев заклепок перед постановкой облегчает процесс клепки и повышает качество соединения (достигаются лучшее заполнение отверстия и повышенный натяг в стыке деталей, связанный с тепловыми деформациями при остывании).
В зависимости от конструкции соединения применяют различные типы заклепок, геометрические размеры которых стандартизованы. Использование в конструкции той или иной формы головки определяется преимущественно эксплуатационными требованиями.
Разрушение стержня заклепки нахлесточного и стыкового соединений с одной накладкой происходит в результате среза по сечению, лежащему в плоскости стыка соединяемых деталей (рисунок 4, а;сечение показано волнистой линией). Такие соединения называются односрезными.
В соединениях с двумя накладками (рисунок 4, б)соединение может разрушиться путем среза по двум сечениям (показаны волнистыми линиями), совпадающим с плоскостями контакта накладок с соединяемыми деталями. Такие соединения называют иногда двухсрезными. При их расчете принимают, что сила, приходящаяся на одно сечение, вдвое меньше общей силы.
Для определения размеров заклепки проводят условные расчеты на срез и смятие. Для упрощения принимают, что стяжка пакета и трение на стыке листов отсутствуют, а вся внешняя нагрузка воспринимается заклепками. Приближенный характер расчетов учитывается при назначении допускаемых напряжений. Номинальные напряжения среза
τср (касательные напряжения) будут одинаковыми во всех точках сечения. Тогда условие прочности стержня заклепки по напряжениям среза будет иметь вид:
где τср – напряжение среза в плоскости рассчитываемого сечения, МПа;
– срезывающая сила, действующая в плоскости стыка, Н;
– число заклепок;
– число плоскостей среза;
– площадь среза одной заклепки, мм2;
– диаметр заклепки, мм;
[τср] – допускаемое напряжение на срез, МПа.
Рис. 4 – Схемы к расчету заклепочных соединений
а – односрезное; б – двухсрезное
Условие (1) при заданной нагрузке содержит три переменных проектирования. Задаваясь материалом (т.е. принимая заданным [τср]) заклепки и числом заклепок в соединении, несложно определить требуемый диаметр:
. (2)
Смятием называют местное деформирование деталей в зоне их контакта. Смятие (упругопластическое обжатие) стержня заклепки может привести к преждевременному выходу из строя соединения, если заклепка изготовлена из менее прочного материала, чем соединяемые детали.
Силу взаимодействия, приходящуюся на единицу площади контактной поверхности, принято называть напряжением смятия.
Условие прочности по напряжениям смятия имеет вид:
, (3)
где σсм – расчетное напряжение смятия, МПа;
F – сила, передаваемая соединением, Н;
i – число заклепок (как и при расчете на срез, принимают, что все заклепки
нагружены одинаково);
Асм – расчетная площадь смятия, МПа;
d – диаметр заклепки, мм;
δ – толщина соединяемых листов, мм;
[σсм] – допускаемое напряжение смятия, МПа.
Из допущения о характере распределения сил взаимодействия по поверхности контакта следует, что если контакт осуществляется по поверхности полуцилиндра, то расчетная площадь Аср равна площади проекции поверхности контакта на диаметральную плоскость (произведению диаметра цилиндрической поверхности на ее высоту).
Из условия (3) следует, что требуемый диаметр стержня заклепки
. (4)
Из двух найденных расчетами на срез и смятие по формулам (2) и (4) значений диаметра d заклепки принимают большее. Можно поступить другим образом: сначала по рекомендациям в зависимости от толщины соединяемых листов определить диаметр заклепок, а затем из условий прочности (1) и (3) – требуемое число заклепок.