Размещено на http://www.allbest.ru/

Виды соединения деталей. Заклепочные соединения

1. Классификация соединений по конструктивно-технологическим признакам

По конструктивно-технологическим признакам соединения разделяют на:

1. Соединения, выполняемые силовыми точками (заклепками, болтами, сварными точками). Характерными признаками таких соединений являются:

- ослабление соединяемых деталей из-за отверстий под заклепки и болты, и нагрева деталей в зоне постановки сварных точек;

- концентрация напряжений в детали в зоне постановки силовой точки при нагружении конструкции;

- невысокая производительность труда при постановке силовых точек вследствие прерывистости выполнения соединений;

2.Соединение непрерывным швом (сварка роликовая и плавлением, склеивание, пайка). Характерные признаки таких соединений:

- ослабление соединяемых деталей при их нагреве в процессе сварки, склеивания, пайки;

- значительная концентрация напряжений в зоне шва детали;

- непрерывность процесса соединения, облегчающая механизацию и автоматизацию;

3. Комбинированные соединения (точечная сварка + склеивание, клепка + склеивание клепано- болтовое соединение). Такие соединения обладают всеми признаками соединений силовыми точками и непрерывным швом. заклепочный узел самолет

Выбор того или иного вида соединения зависит от конструкции самолета и материалов, из которых изготовлены его отсеки, узлы и детали. В конструкции самолетов из легких сплавов преобладающим видом соединения является клепка. При изготовлении самолетов из сталей и титана (имеется в виду обшивка) соединения выполняют электроконтактной и дуговой сваркой. При применении в конструкции самолета монолитных панелей и узлов количество клепаных и сварных соединений уменьшается, но увеличивается количество болтовых соединений. Монолитные узлы и панели в этих случаях соединяют между собой и с обшивкой болтами. Для конструкций из композиционных материалов (КМ)наибольшее применение находят клепанные, клее-клепаные и штифто-болтовые соединения. В вертолетостороении широкое применение получили клеевые и клееболтовые соединения. Для соединения пакетов больших толщин и смешанных пакетов (КМ + металл) эффективно использовать болты и болт-заклепки.

Поскольку большинство конструктивно-технологических неувязок возникает при выполнении болтовых, заклепочных и болт-заклепочных соединений, то далее в дипломном проекте будут рассматриваться только эти виды соединений.

2. Классификация и параметры заклепок

В открытых местах, где возможен двусторонний подход в зону клепки, применяют обычные- стержневые заклепки. Закладные головки у этих заклепок могут быть выступающими и потайными. Выступающие головки бывают плоскими, полукруглыми и плосковыпуклыми. Заклепки с потайной головкой изготавливают с углом конуса. Заклепки с выступающей плоской головкой наиболее широко используются при клепке элементов каркаса и позволяют производить групповую клепку.

Все заклепки классифицируют по типу головок, марке материала, диаметру и длине. Например, обозначение заклепки 3501А5-12 расшифровывается следующим образом: 3501- заклепка с плоской закладной головкой, изготовленная из материала В65; А-авиационая нормаль; 5-диаметр заклепки 5 мм; 12-длина заклепки 12 мм. Отверстия под заклепки должны быть больше диаметра заклепок на 0,1…0,2 мм:

d₀ = d +0,1 мм, d 5 мм;

d₀ = d + 0,2 мм, d> 5 мм;

В соответствии с диаметром заклепки и отверстия под нее устанавливают длины заклепок L для пакетов различной толщины S. Длину заклепки подсчитывают по формуле:

L= S + (1,1…1,3)d

Замыкающая головка характеризуется диаметром D и высотой h_r:

D = 1,6d; h_r = 0,4d

Рис. 10.1 Виды обычных стержневых заклепок для клепки с двусторонним подходом: а) плоская; б) полукруглая; в) потайная с углом конуса 90⁰; г) потайная с углом конуса 120⁰; д) плосковыпуклая.

Длина заклепки и диаметр замыкающей головки должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечивалось хорошее заполнение отверстия стержнем заклепки и равная прочность замыкающей и закладной головок. Одним из путей повышения ресурса и герметичности соединений является применение заклепок с компенсатором типа ЗУК и их модификаций. Назначение компенсатора - улучшить заполнение зенковки при расклепывании бугорка и тем самым повысить выносливость соединения.

3. Применение заклепочных соединений

Заклепочные соединения широко применяются в самолетостроении для образования неразъемных прочных и прочно-плотных швов. В конструкциях самолетов из алюминиевых сплавов заклепочные соединения составляют около 60 % от общего числа соединений. В самолетах, изготавливаемых из титановых и стальных сплавов, более широко применяются сварные соединения. Выбор вида соединения определяется назначением и условием работы агрегата или узла, нагрузками, действующими на конструкцию, толщиной соединяемых элементов, применяемыми материалами. Заклепочное соединение должно быть спроектировано так, чтобы заклепка работала на срез. Если действующая нагрузка вызывает отрыв головки, заклепки заменяют болтами.

Конструкция агрегатов должна обеспечивать выполнение заклепочных соединений на клепальных прессах. Ручная клепка пневмолотками допускается для не более 8-10 % заклепок диаметром до 4 мм. Клепка стальных заклепок проводится только прессовым способом. В качестве материалов для заклепок применяются алюминиевые сплавы Д18П, В65, Д19П, В94, АМг5П;стальные сплавы 15А, 1Х18Н9Т, 20ГА, ЗОХГСА. Заклепки из В65 устанавливают в местах, где требуется повышенная прочность, в основном в конструкциях из В95. Заклепки из Д18П применяют для клепки обшивки и каркаса. Для клепки конструкции из магниевого сплава и алюминиевого литья применяют заклепки из АМг5П. Клепка теплонагруженных конструкций осуществляется свежезакаленными заклепками из Д19П. При выборе типа заклепок руководствуются следующими соображениями:

1. Для силовых швов, не выходящих на аэродинамический обвод, рекомендуется применять заклепки с плоской головкой, позволяющие проводить их групповую клепку на прессах. Для ручной клепки внутреннего набора применяют заклепки с полукруглой головкой. Такие заклепки иногда можно применять и для элементов внешней поверхности, так как они дешевле потайных, прочнее, не требуют дополнительной операции зенкования гнезд в обшивке.

2. Для внешней поверхности обшивки целесообразно применять потайные заклепки двух типов - с углом раствора головки 90 и 120°. При толщине обшивки меньше высоты головки заклепки применяют заклепки только с углом 120°.

3. В местах с односторонним подходом устанавливают заклепки с сердечником (рис. 10.2, а), состоящие из двух частей:

пистона с потайной или полукруглой головкой (из материала Д18П или 1Х18Н9Т) и стержня из Д16П или 20Х13. Для односторонней клепки высоконагруженных швов применяют заклепки с высоким сопротивлением срезу из конструкционной стали (рис. 10.2, б), состоящие из корпуса, винта и кольца.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 10.2. Заклепки для односторонней клепки:

а - с сердечником; б - с высоким сопротивлением срезу

В настоящее время особое внимание уделяется увеличению ресурса самолета и его систем. Ресурс пассажирского самолета должен с 30 тыс. быть увеличен до 40-60 тыс. ч. Установлено, что длительность безаварийной эксплуатации планера, его надежность зависят, прежде всего, от его способности противостоять усталостным разрушениям. Опыт эксплуатации показал, что 75-80 % всех усталостных разрушений планера самолета происходит в местах соединения элементов конструкции. Отсюда очевидна необходимость повышения ресурса заклепочных соединений. Это касается в первую очередь швов с потайными заклепками, основным недостатком которых является низкое сопротивление усталости при работе на повторные и циклические нагрузки. Это объясняется концентрацией напряжений в точках аи б(рис.10.3) на границе зенкованного отверстия, что особенно опасно для тонких обшивок = 1 ... 2 мм, у которых высота гнезда под головку почти равна толщине листа, и в обшивке заклепка сидит без всякого натяга.

В результате в зоне концентрации напряжений часто возникают трещины. Кроме этого, сопротивление усталости потайного соединения снижается из-за некоторого несовпадения углов наклона головки и отверстия acи bd, приводящего к недостаточной затяжке соединения и неравномерному давлению головки на поверхность.

В последние годы в авиационном промышленности ведутся большие работы по созданию новых методов клепки, обеспечивающих осевой и диаметральный натяги. Одним из таких методов является клепка заклепками с потайной замыкающей головкой (ПЗГ), при которой расклепывается замыкающая потайная головка (рис.10.4). Излишек материала, выступающий над обшивкой, сфрезеровывается. При этом методе усталостная долговечность увеличивается примерно в восемь раз. Клепка заклепками с ПЗГ не требует внутришовной герметизации и применяется в тех случаях, когда высота цилиндрического отверстия под заклепку составляет 25% толщины листа обшивки, иначе обшивка при клепке коробится и герметизация нарушается. Толщина обшивки при этом должно быть не менее 1,8 мм. Для тонких обшивок (=1,2…1,8 мм) применяют заклепки с компенсатором (рис.10.4, а), которые в настоящее время получили широкое распространение. При клепке обшивок толщиной (3,5 мм заклепки с ПЗГ уже не обеспечивают осевой натяг, создается только диаметральный натяг со стороны замыкающей головки. Для таких толщин обшивок в последние годы стали применять клепку стержнями, при которой одновременно осаживаются обе головки. В этом случае во всем соединении создается и осевой, и диаметральный натяги. Опыты показали, что наибольшее повышение усталостной долговечности (до 10 раз) достигается при создании на стыке соединяемых деталей натяга не менее 0,7 % диаметра заклепки, что соответствует напряжению, примерно равному пределу пропорциональности.

Рис. 10.4. Виды заклепок, обеспечивающих повышенную надежность соединения: а - заклепка с компенсатором; б - заклепка с ПЗГ; в - заклепка-стержень.

На рис 10.5, а показано соединение заклепками двух обшивок, работающих на растяжение. При этом заклепки работают на срез от силы Р, действующей поперек шва. Сила среза, действующая на одну заклепку, будет P_ср=P/m, где m - число заклепок в соединении.

Для двухсрезного шва (см. рис. 10.5, б) сила среза действующая на заклепку,

P_ср=P/(2m).

На рис. 10.5, в показано соединение двух листов, работающих на сдвиг, нагруженных распределенными касательными усилиями q. В этом случае сила среза одной заклепки будет P_ср=qt/n, где t - шаг заклепок в одном ряду; n - число рядов.

Рис.10.5. Типичные заклепочные соединения: а - односрезное; б - двухсрезное; в - соединение листов, работающих на сдвиг.

4. Основные параметры заклепочных соединений

Основными параметрами заклепочного соединения являются: t - шаг заклепок; d- диаметр заклепки; а - расстояние от заклепки до края листа; - толщина склепываемых листов; S - толщина пакета (рис.10.6). При многорядном шве расстояние между осями швов принимают равным 3d, что создает удобство подхода при сверлении, зенковании и клепке.

Рис. 10.6. Параметры заклепочного соединения.

Заклепочное соединение может быть односрезным, реже двухсрезным. Параметры шва и размеры заклепок выбирают из условия равнопрочности заклепок и листа обшивки. Из этого условия и с учетом возможных производственных неточностей получаем следующие зависимости:

a=2d+2 мм. (10.1)

Для односрезных заклепок t=3d; для двух срезных заклепок t=5d. При выборе диаметра заклепок надо учитывать, что напряжение среза с увеличением диаметра снижается, поскольку толстый стержень при расклепывании увеличивается меньше, чем несколько тонких. Стандартные диаметры заклепок и шаг выбирают по ГОСТу. Для повышения технологичности следует стремиться к тому, чтобы в пределах одного отсека или панели по возможности применялись заклепки одного типоразмера. Шаг заклепок в шве при соединении элементов каркаса берется по ГОСТу равнымt_max=40. При клепке узлов, косынок и подобных деталей шаг не нормируется, а определяется конструкцией узла. В таких узлах не рекомендуется ставить в направлении силы более 6 - 8 заклепок в ряд, поскольку при большом числе заклепок силы между ними распределяются неравномерно.

5. Проектирование заклепочных соединений

При проектировании заклепочного соединения необходимо проверить лист обшивки под заклепкой на смятие. Площадь смятия листа вычисляют по следующей формуле:

(10.2)

где d - диаметр заклепки; - толщина листа обшивки; Рз- сила, воспринимаемая заклепкой; см.л- допускаемое напряжение смятия листа, равное 1,5в.