72484

Основные сведения о конструкции и технологии заклепочных соединений, классификация, области применения

Лекция

Производство и промышленные технологии

Заклепочное соединение является неразъемным. В большинстве случаев его применяют для соединения листов и фасонных прокатных профилей. Соединение образуют расклепыванием стержня заклепки, вставленной в отверстие деталей – рис.3.1, где 1 – обжимка; 2 – прижим при машинной клепке...

Русский

2014-11-22

469 KB

9 чел.

Лекция 3.

ЗАКЛЕПОЧНЫЕ   СОЕДИНЕНИЯ

Основные сведения о конструкции

и технологии заклепочных соединений,

классификация, области применения

Заклепочное соединение является неразъемным. В большинстве случаев его применяют для соединения листов и фасонных прокатных профилей. Соединение образуют расклепыванием стержня заклепки, вставленной в отверстие деталей – рис.3.1, где 1 – обжимка; 2 – прижим при машинной клепке; 3 – замыкающая головка; 4 – закладная головка; 5 – поддержка.

При расклепывании вследствие пластических деформаций образуется замыкающая головка, а стержень заклепки заполняет зазор в отверстии.

Силы, вызванные упругими деформациями деталей и стержня заклепки, стягивают детали. Относительному сдвигу деталей оказывают сопротивление стержни заклепки и частично силы трения в стыке.

Отверстия в деталях продавливают или сверлят. Сверление менее производительно, но обеспечивает повышенную прочность (см. табл.3.1). При продавливании листы деформируются, а на выходной стороне отверстия образуется острая кромка, которая может вызвать подрез стержня заклепки.

Рис.3.1        Рис.3.2

Клепку (осаживание стержня) можно производить вручную или машинным способом (пневматическими молотками, прессами и т.п.). машинная клепка дает соединения повышенного качества, так как она обеспечивает однородность посадки заклепок и увеличивает силы сжатия деталей.

Стальные заклепки малого диаметра (до 12 мм) и заклепки из цветных металлов ставят холодным способом, т.е. без нагрева (холодная клепка). Стальные заклепки с диаметром больше 12 мм ставят горячим способом (горячая клепка).

Нагрев заклепок перед постановкой облегчает процесс клепки и повышает качество соединения (достигается лучшее заполнение отверстия и повышенный натяг в стыке деталей).

В зависимости от конструкции соединения применяют различные типы заклепок, геометрические размеры которых стандартизированы. Основные типы заклепок изображены на рис.3.2; а – с полукруглой головкой; б – полупотайная; в – потайная;   г – полая.

По назначению заклепочные соединения принято разделять на следующие три группы: а) прочные (применяют в металлоконструкциях); б) прочноплотные (применяют в котлах и резервуарах с высоким давлением); в) плотные (применяют в резервуарах с небольшим внутренним давлением).

Каждая заклепка имеет свою зону действия D (рис.3.3), на которую распространяются деформации сжатия в стыке деталей. Если зоны действия соседних

Заклепок пересекаются, соединение будет плотным.

          По конструктивному признаку различают однорядные и многорядные, односрезные и многосрезные заклепочные соединения.  На рис.3.4: а – однорядный односрезный шов; б –  однорядный двухсрезный шов с накладками.

Рис.3.4

Рис.3.3

 

В современном машиностроении заклепочные соединения вытесняются более прочным и дешевым видом неразъемного соединения – сваркой. Заклепочные соединения применяют для деталей, материал которых плохо сваривается.

Расчет на прочность элементов заклепочного шва

Условия нагружения заклепок подобны условиям нагружения болтов, поставленных без зазора. При расчетах заклепочных соединений, нагруженных силой в плоскости стыка, допускают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми заклепками шва.

На основные размеры заклепочных соединений выработаны нормы, которые рекомендуют выбирать d, t, e и s1 в зависимости от толщины листов s или размеров прокатного профиля. При этом расчет приобретает проверочный характер.

Ниже рассматриваются некоторые особенности конструкции и расчета заклепочных соединений.

В соединениях широких листов (см.рис.3.4) за расчетную нагрузку принимают силу Рt, действующую на фронте одного шага t. При этом величину Рt обычно определяют по напряжениям растяжения  в сечении листа а-а, не ослабленном отверстиями под заклепки. Напряжение  полагают известным из основных расчетов конструкции (расчет прочности стенок котла, резервуара и т.д.).

Прочность листа в сечении b-b

.

Отношение

    (1)

называют коэффициентом прочности заклепочного шва.

Величина показывает, как уменьшается прочность листов при соединении заклепками. Например, для однорядного, односрезного шва (см.рис.3.4,а) при разме-

рах, взятых согласно стандартам, равняется 0,65, т.е. образование заклепочного соединения уменьшает прочность листов на 35%.

         Понижение прочности деталей является одной из главных отрицательных характеристик заклепочного соединения. Для увеличения значений применяют многорядные и многосрезные швы (см.рис.3.4,б и 3.5)

Рис.3.5

 

Материалы заклепок

и допускаемые напряжения

 Заклепки изготовляют из стали, меди, латуни, алюминия и других металлов. Материал заклепок должен обладать прежде всего пластичностью и не принимать закалки. Высокая пластичность материала облегчает клепку и способствует равномерному распределению нагрузки по заклепкам.

При выборе материала для заклепок необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициенты линейного расширения заклепок и соединяемых деталей были равными или близкими друг другу. В противном случае при колебаниях  температуры в соединении появляются температурные напряжения.

Особую опасность представляет  сочетание разнородных материалов, которые способны образовывать гальванические пары. Гальванические токи быстро разрушают соединения. Такое явление наблюдается в химическое промышленности и судостроении. Поэтому для скрепления алюминиевых деталей применяют алюминиевые заклепки, для медных – медные.

Допускаемые напряжения для заклепок (табл. 3.1) зависят в основном от характера обработки отверстия (продавленные или сверленные) и характера внешней нагрузки (статическая, динамическая).

         

Таблица 3.1

Допускаемые напряжения для стальных заклепок при статической нагрузке.

Род напряжения

Обработка

отверстия

Допускаемые напряжения, кгс/см2

Ст 0 и Ст 2

Ст 3

Срез

Срез

Сверление

Продавливание

1400

1000

1400

1000

Смятие

Смятие

Сверление

Продавливание

2800

2400

3200

2800

Примечания: 1. При переводе в систему СИ (МПа) данные уменьшить в 10 раз. 2. При действии переменных нагрузок допускаемые напряжения рекомендуют понижать на 10 – 20%

Сварные   соединения

Общие сведения и применение

Сварное соединение – неразъемное. Оно образуется путем сваривания материалов деталей в зоне стыка и  не требует никаких вспомогательных элементов (заклепок, болтов и т.д.). Прочность  соединения зависит от неоднородности и непрерывности материала сварного шва и окружающей его зоны.

Применяемые в современном машиностроении способы сварки весьма разнообразны. Каждый из них имеет свои конкретные области применения. Из всех способов сварки наиболее широко распространена электрическая. Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную.

Электродуговая сварка основана на использовании тепла электрической дуги для расплавления металла.

Для защиты расплавленного металла от вредного действия окружающего воздуха на поверхность электрода наносят толстую защитную обмазку, которая выделяет большое количество шлака и газа, образуя изолирующую среду. Этим обеспечивают повышение качества металла сварного шва, механические свойства которого могут резко ухудшиться под влиянием кислорода и азота воздуха.

С той же целью производят сварку под слоем флюса по методу, разработанному Институтом электросварки АН УССР. Этот метод в настоящее время является основным методом автоматической сварки. Производительность автоматической сварки под флюсом в 10 20 и более раз выше ручной. Повышение производительности достигают за счет применения тока силой от 1000 до 3000 А вместо      200 – 500 А при ручной сварке. Это обеспечивает более рациональное формирование шва.

В то время как при ручной сварке образование шва достигается в основном за

счет металла электрода (рис. 36,а), при автоматической сварке шов формируется в

значительной степени за счет расплавленного основного металла (рис. 36,б), что не только сокращает время, но и значительно снижает расход электродного металла. Автоматическая сварка под слоем флюса

Рис.3.6

обеспечивает высокие и, что особенно важно, однородные независящие от индивидуальных качеств сварщика, механические свойства соединений.

За последние годы разработан метод электрошлаковой сварки, при которой источником нагрева служит тепло, выделяющееся  при прохождении тока через шлаковую ванну от электрода к изделию. Электрошлаковая сварка предназначена для соединения деталей большей толщины. Толщина свариваемых деталей практически не ограничивается.

Электрошлаковая сварка позволяет заменять сложные и тяжелые цельнолитые и цельнокованые конструкции сварными из отдельных простых отливок, поковок и листов, что значительно облегчает и снижает стоимость производства. Эта сварка применима и для чугунных отливок.

Контактная сварка основана на использовании повышенного сопротивления в стыке деталей и осуществляется несколькими способами.

При стыковой сварке через детали пропускают ток, сила которого достигает нескольких тысяч ампер. Основное количество тепла выделяется в месте стыка, где имеется наибольшее сопротивление; металл в этой зоне разогревается до пластического состояния или даже до поверхностного оплавления. Затем ток выключают, а разогретые детали сдавливают с некоторой силой – происходит сварка металла деталей по всей поверхности стыка. Этот метод рекомендуется применять для соединения встык деталей, площадь поперечного сечения которых сравнительно невелика.

При точечной сварке соединение образуется не по поверхности стыка, а лишь в отдельных точках, к которым подводятся электроды сварочной машины.

При ленточной, или роликовой сварке шов имеет вид узкой непрерывной ленты, расположенной вдоль стыка деталей. Это соединение выполняют с помощью электродов, имеющих форму роликов, которые катятся в направлении стыка.

Точечную и роликовую сварки применяют в соединениях внахлестку, преимущественно для листовых деталей толщиной не более 3 – 4 мм и тонких стержней арматурных сеток. В отличие от точечной, роликовая сварка образует герметичное соединение.

Все рассмотренные способы контактной сварки – высокопроизводительны, их широко применяют в массовом производстве для сварки труб, арматуры, кузовов автомобилей, металлической обшивке железнодорожных вагонов, корпусов самолетов, тонкостенных резервуаров и т.д.

Оценивая сварное соединение, необходимо подчеркнуть, что оно является наиболее совершенным из неразъемных соединений, так как лучше других приближает составные детали к цельным. При сварном соединении проще обеспечиваются условия равнопрочности, снижение массы и стоимости изделия.

В настоящее время сварку применяют не только как способ соединения деталей, но и как технологический способ изготовления самих деталей.  Сварные детали во многих случаях с успехом заменяют литые и кованые.

Конструкция   сварных   соединений

и   расчет   их   на   прочность

Соединение встык.

Это соединение во многих случаях является наиболее простым и надежным. В зависимости от толщины соединяемых элементов его выполняют по одному из вариантов, изображенных на рис. 3.7.

При малых толщинах обработка кромок не обязательна, а при средних и больших толщинах она необходима по условиям образования шва на всей толщине деталей. Автоматическая сварка под флюсом позволяет увеличить предельные толщины листов, свариваемых без обработки кромок, примерно в два раза, а угол скоса кромок уменьшить до 30 – 350 (на рис.3.7 показаны швы, выполняемые при ручной сварке).

Сваривать встык можно не только листы или полосы, но также трубы, уголки, швеллеры и другие фасонные профили. Во всех случаях составная деталь получается близкой к цельной.

Соединения встык могут разрушаться по шву, месту сплавления металла шва с металлом детали, сечению самой детали в зоне термического влияния.

Зоной термического влияния называют прилегающий к шву участок детали, в котором

Рис.3.7

в результате нагревания при сварке изменяются механические свойства металла. Понижение механических свойств в зоне термического влияния особенно значительно при сварке термически обработанных, а также наклепанных сталей. Для таких соединений рекомендуют термообработку и наклеп после сварки.

Практикой установлено, что при качественном выполнении сварки разрушение соединения стальных деталей происходит преимущественно в зоне термического влияния. Поэтому расчет прочности сварного соединения встык принято выполнять по размерам сечения детали в этой зоне. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой, учитывают при назначении допускаемых напряжений. Например, при расчете полосы, сваренной встык (см. рис.3.7): на растяжение

= P / F = P/(bs) [’];

на изгиб

= M / Wи = 6M/bs2  [’],    (3.1)

где  b и s – ширина и толщина полосы, [’]  - допускаемое напряжение для сварных соединений (см. табл. 3.1)

Рис.3.8

        Отношение [’] к допускаемому напряжению для основного металла [’]Р является коэффициентом прочности сварного соединения встык

                            = [’] / []Р                          (3.2) 

Величина колеблется в пределах  от 0,9 до 1,0, т.е. соединение встык почти равнопрочно с соединенными деталям. В тех случаях, когда требуется повысить прочность соединения, применяют косые швы (рис. 3.8)

Расчет косого шва выполняют по формуле (3.1), в которой принимают              [’] = []Р.

Соединение внахлестку

Соединения внахлестку выполняют с помощью угловых швов (рис.3.9). В зависимости от формы поперечного сечения различают следующие виды угловых швов: нормальные 1, вогнутые 2, выпуклые 3.  На практике наиболее распространены

нормальные швы.

           Выпуклый шов образует резкое изменение сечения деталей в месте соединения, что является причиной  повышенной концентрации напряжений. Вогнутый шов снижает концентрацию

Рис.3.9

напряжений и рекомендуется при действии переменных нагрузок. Вогнутость шва достигают обычно механической обработкой, которая значительно увеличивает стоимость соединения. Поэтому такой шов применяют только в особых случаях, когда дополнительные расходы оправдываются.

 Основные геометрические характеристики углового шва – катет k и высота h; для нормального шва h = k sin 450  0,7k. По условиям технологии минимальную величину k принимают равной 3 мм, если толщина листа s  3 мм. В большинстве случаев k = s.

В зависимости от расположения различают швы: лобовые, фланговые и косые.

 Лобовой шов расположен перпендикулярно, а фланговый – параллельно линии действия нагружающей силы.

 Фланговые швы (рис.3.10) накладывают параллельно линии действия силы.

          Основными напряжениями флангового шва являются касательные напряжения в сечении mm. Это сечение проходит через биссектрису прямого угла и является наименьшим. По длине шва напряжения распределены неравномерно. На концах шва они больше, чем в середине.

Рис.3.10

В практике длину фланговых швов ограничивают условием l ≤ 50k. Расчет таких швов приближенно выполняют по среднему напряжению, а условия прочности записывают в виде:

    (3.3)

Здесь 0,7k – толщина шва в сечении по биссектрисе mm.

Если одна из деталей асимметрична, расчет прочности производят с учетом доли нагрузки, воспринимаемой каждым шагом. Пример – к листу приварен уголок (рис. 3.11). Равнодействующая нагрузка Р проходит через центр тяжести уголка и распределяется по швам обратно-пропорционально плечам е1 и е2. Соблюдая условие равнопрочности, швы  выполняют с различной длиной так, чтобы

     (3.4)

При этом напряжение в обоих швах равны

   (3.5)

Если соединение нагружено моментом (рис.3.12), то напряжения от момента распределяются по длине шва неравномерно, а их направление различно – рис.3.12,а (напряжения пропорциональны радиусам и перпендикулярны к ним).

         В общем случае максимальные напряжения на концах шва можно определить по формуле кручения

где WP – полярный момент сопротивления, который подсчитывают для сечения швов в плоскости разрушения.

Рис.3.11

Рис.3.12

Для сравнительно коротких швов (), распространенных в практике, применяют приближенный расчет по формуле

   (3.6)

При выводе формулы условно полагают, что напряжения направлены вдоль швов и распределены по длине швов равномерно (рис.3.12,б). При этом напряжения в двух швах образуют пару сил с плечом b, которая уравновешивает момент нагрузки М.

 Лобовые швы (рис.3.13) накладывают перпендикулярно к линии действия нагрузки Р. Напряженное состояние лобового шва неоднородно. Здесь наблюдается

значительная концентрация напряжений, связанная с резким изменением сечения деталей в месте сварки и эксцентричным приложением  нагрузки. Основными являются касательные напряжения на горизонтальной плоскости и нормальные напряжения на вертикальной плоскости.

          

Рис.3.13

По методу, принятому в инженерной практике, лобовые швы рассчитывают  только по . За расчетное сечение, так же как и во фланговых швах, принимают сечение по биссектрисе mm.  Разрушение швов именно поэтому сечению подтверждают исследования.

Для одного лобового шва

    (3.7)

Для двух швов (нежелательная конструкция)

    (3.8)

Комбинированное соединение лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности

отдельных швов. При этом для соединения, изображенного на рис.3.14 получим

                                          (3.9)

          Оценивая соединения внахлестку, отметим, что по форме и расходу материала они уступают

Рис.3.14

соединениям встык, но не требуют обработки кромок.

Соединение втавр

Втавр (впритык) соединяют элементы, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это соединение выполняют стыковым швом с разделкой кро-

мок (рис.3.15,а) или угловыми швами без разделки кромок (рис.3.15,б). При нагрузке,

Рис.3.15

показанной на рис.3.15, прочность соединения определяют по формулам:

;    (3.10)

для угловых швов

  (3.11)

При выводе формулы (3.11) учтено, что напряжения от момента М распределяются по длине шва аналогично напряжениям изгиба в поперечном сечении балки. За расчетное сечение по-прежнему принято сечение по биссектрисе mm.

Соединение контактной сваркой

 Стыковая контактная сварка при соблюдении установленных правил технологии обеспечивает равнопрочность соединения и деталей, поэтому можно не выполнять специальных расчетов прочности соединения при статических нагрузках.

Рис.3.16

         Точечная сварка (рис.3.16) применяется преимущественно для соединений деталей из тонкого листового материала при соотношении толщин 3.

          Соединения точечной сваркой работают преимущественно на срез.

                             (3.12)

где z – число сварных точек; i – число плоскостей среза. Для конструкции по рис.3.18,а  z = 4, i = 1; по рис.3.18,б  z = 2, i = 2.

ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

И ДОПУСКАЕМЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Прочность сварного соединения зависит от следующих основных факторов: качества основного материала, определяемого его способностью к свариванию; совершенства технологического процесса сварки; характера действующих нагрузок (постоянные или переменные нагрузки).

Хорошо свариваются низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны и сплавы цветных металлов свариваются хуже.

Значительно снижают прочность такие пороки сварки, как непровары и подрезы (рис.3.17), шлаковые и газовые выключения, скопление металла в месте пересечения швов и т.п. эти дефекты являются основными причинами образования трещин как в процессе сварки, так и при эксплуатации изделий.

Влияние технологических дефектов сварки значительно усиливается при действии переменных и ударных нагрузок.

 Эффективными мерами повышения прочности сварных соединений являются: автоматическая сварка под флюсом и сварка в среде защитных газов; термообработка сваренной конструкции, наклеп дробью и чеканка швов. Эти меры

Рис.3.17

позволяют повысить прочность сварных соединений при переменных нагрузках в 1,5 – 2 раза и даже доводить ее до прочности целых образцов.

         При точечной сварке концентрация напряжений связана с сосредоточенной передачей нагрузки в зоне сварной точки, резкими переходами сечений в этой точке и др.

Многообразие факторов, влияющих на прочность сварных соединений, а также приближенность и условность расчетных формул вызывают необходимость экспериментального определения допускаемых напряжений. Нормы допускаемых напряжений устанавливают с учетом конкретных качеств сварки и характера нагрузки швов.

В настоящее время в машиностроении применяют нормы допускаемых напряжений, указанные в табл.3.2.

Таблица 3.2.

Допускаемы напряжения для сварных соединений деталей из низко-

и среднеуглеродистых сталей, а также низколегированных сталей

(типа 14ХГС, 15ГС, 15ХСНД, 09Г2, 19Г и пр.)

при статических нагрузках

Вид технологического процесса сварки

Допускаемые напряжения в швах

Растяжение

[’]p

Сжатие

[’]сж

Срез

[’]

   Автоматическая под флюсом и ручная электродами Э42А и Э50А. Контактная стыковая …………

   Ручная дуговая электродами Э42 и Э50. Газовая сварка ……………………………………………….

   Контактная точечная и роликовая ……………….

[]p

0,9[]p

[]p

[]p

0,65[]p

0,6[]p

0,6[]p

 Примечание. В этой таблице []p = т / n – допускаемое напряжение на растяжение для материала соединяемых деталей при статических нагрузках. (Для металлоконструкций запас прочности     n 1,2 1,8).

13

PAGE  13


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

18232. SQL – абревіатура від Structured Query Language (структурована мова запитів) 231.5 KB
  SQL SQL – абревіатура від Structured Query Language структурована мова запитів. Мова SQL – найбільш поширена мова запитів для реляційних баз даних. Її перші версії називались SEQUEL тому часом SQL називають сіквел але більш правильно його називати еск’юел. Однією з головних переваг мо...
18234. Формирование у дошкольников гуманного отношения к матери 514 KB
  Гуманные чувства формируются и развиваются в процессе гуманного отношения ребенка со взрослыми и сверстниками. Большую часть своего времени ребенок-дошкольник проводит в игре. Игра является мощным фактором развития гуманных отношений у дошкольников.
18235. Проектирование тепломассообменного оборудования линии обработки зерна гречихи производительностью 1 т/ч 616 KB
  Стандартная технология получения крупы из зерна гречихи включает подготовку зерна к переработке и непосредственно переработку его в крупу путем шелушения.После очистки, при выработке быстроразвариваюшейся крупы, гречихуподвергают гидротермической обработке. Способ гидротермической обработки зерна гречихи включает предварительный прогрев зерна, пропаривание, сушку, охлаждение.
18236. Правовий режим земель сільськогосподарського призначення 113 KB
  Земельні відносини, які виникають в процесі здійснення приватизації земель сільськогосподарського призначення, а також у сфері їх належності, екологічного, збалансованого використання і охорони земель, правового забезпечення реалізації земельних інтересів, гарантій суб’єктивних земельних прав по відношенню до земель сільськогосподарського призначення.
18237. Процесс формирования представлений о величинах у детей в детском саду и начальной школе 439 KB
  Раскрыть смысл преемственности в формировании представлений о величинах у детей дошкольного и младшего школьного возраста. Выявить педагогические условия, влияющие на реализацию преемственных связей в процессе изучения величин в детском саду и начальной школе. Определить принципы отбора содержания учебного материала, обеспечивающие непрерывность формирования представлений о величине у детей дошкольного и младшего школьного возраста...
18238. РОЗРАХУНОК ПОЛІГОНОМЕТРІЇ ЗГУЩЕННЯ 1.55 MB
  Номенклатура топографічної карти – це система позначень листів топографічних карт. Розграфлення – система поділу топографічних карт на частини з метою одержання листів карт більш крупного масштабу.
18239. Технология цементно-песчаной стяжки под полы 1.58 MB
  Здание - разновидность наземного строительного сооружения с помещениями, созданного в результате строительной деятельности в целях осуществления определенных потребительских функций, таких как проживание (жилище)
18240. Предметно-пространственная среда как условие развития личности ребенка 218 KB
  Пространственная предметная среда обеспечивает психологическое здоровье личности, базис личностной культуры, способствует развитию индивидуальности (ориентированной не на «запрограммированность», а на содействие развитию, где основная тактика общения педагога - сотрудничество).