Содержание

Крепление заклепками в двух словах!

Крепление заклепками: характеристики, типы, расчеты..

Характеристика ригельных соединений.

Процесс клепания.

Преимущества ригельных соединений.

Недостатки соединений с помощью заклепок.

Виды ригельных соединений.

1. По функции:

2. По способу погрузки:

3. По технологии изготовления:

4. По форме головки заклепки:

Расчет прочности шовных соединений.

Применение ригельных соединений.

 

Крепление заклепками в двух словах!

Крепление заклепками: характеристики, типы, расчеты

Крепление с помощью заклепок является одним из самых старых, но все еще широко используемых методов соединения конструкционных элементов, особенно в строительной, машиностроительной, авиационной и автомобильной промышленности. Заклепка позволяет создавать прочные и долговечные соединения, а во многих случаях является прекрасной альтернативой сварке или винтовым соединениям. В этой статье мы подробно рассмотрим характеристики клепаных соединений, их типы, преимущества и недостатки, а также представим основные принципы прочности расчета для этого типа соединений.

Характеристика ригельных соединений

Ригельные соединения неразъемны, что означает, что после сборки их нельзя легко разъединить без повреждения соединенных элементов. Ригелирование заключается в соединении по меньшей мере двух элементов с помощью ригеля, который проходит через отверстия в элементах и открывается по бокам, образуя прочное механическое соединение.

Процесс клепания

1. Подготовка элементов – в элементах, которые нужно соединить, проделываются отверстия соответствующего диаметра, через которые будут проходить заклепки.
2. Вставка заклепки – заклепка вставляется через отверстия в соединяемых элементах. Заклепки могут иметь разную форму, но чаще всего это стержни с цилиндрическим стержнем и головкой с одной стороны.
3. Открытие - второй конец заклепки затем открывается (расширяется), чтобы образовать так называемую заклепку, которая делает невозможным извлечение заклепки. Этот процесс осуществляется механически или вручную в зависимости от технологии и размера заклепки.
4. Зажим – после расширения заклепки она зажимает соединенные элементы, образуя прочное соединение. В некоторых случаях соединения дополнительно герметизируются (например, при применении в конструкциях судов или резервуаров).

Преимущества ригельных соединений

1. Прочность – ригельные соединения очень прочные, что делает их идеальными для соединения элементов, подвергающихся большим нагрузкам.
2. Коррозионная стойкость – в отличие от сварки, где соединяемый материал подвергается воздействию высокой температуры, клепаные соединения не вызывают структурных изменений в материалах, что может повлиять на их коррозионную стойкость.
3. Простота монтажа – клепка является простым технологическим процессом, особенно в случае малых и средних конструкций.
4. Отсутствие воздействия тепла – клепание не требует нагревания материалов, что позволяет соединять материалы, чувствительные к высоким температурам, например, некоторые металлические сплавы.

Недостатки соединений с помощью заклепок

1. Вес - заклепка добавляет вес конструкции, которая может быть проблематичной в некоторых сферах применения, таких как авиационная или автомобильная промышленность, где важно снизить вес.
2. Сложность демонтажа - соединение с помощью заклепок неразъемно, что означает, что их демонтаж требует повреждения заклепок.
3. Временная затратность - процесс клепания является более трудоемким, чем, например, соединение винтами.
4. Сложность в автоматизации – клепание труднее автоматизировать, чем другие методы соединения, такие как сварка или винтовые соединения.

Виды ригельных соединений

Ригельные соединения можно разделить на разные типы в зависимости от функции, конструкции и технологии монтажа. Ниже приведены важнейшие классификации.

1. По функции:

• неразъемные соединения – заклепки неразъемные без разрушения заклепки. Составляют большинство заклепочных соединений
• полуразъемные соединения – применение разъемных заклепок (например, срывных заклепок), которые можно удалить без разрушения соединенных элементов, для них используются специальные инструменты, такие как заклепочники для срывных заклепок

2. По способу погрузки:

• Подключение на смещение - в этом типе соединений погрузочная сила действует вдоль поперечного сечения заклепки, а заклепка работает на смещение. Это самый распространенный способ работы заклепок в конструкциях.
• Растяжные соединения – заклепка нагружается растяжимой силой, действующей вдоль оси заклепки. Такие соединения менее крепкие, чем соединения сдвиговые.

3. По технологии изготовления:

• Полные заклепки – самый классический тип заклепки, которая открывается с обеих сторон, образуя прочное соединение. Требует доступа к обеим сторонам соединяемых элементов.
• Срывные заклепки – эти заклепки легче монтировать, поскольку не требуют доступа к обеим сторонам элементов. Используются в основном в монтажных работах, где скорость имеет ключевое значение.
• Трубчатые и полутрубчатые заклепки – эти заклепки имеют отверстие в стержне, что уменьшает их вес и облегчает деформацию в процессе заклепки. Употребляются в легких конструкциях.
• Расширительные заклепки – специальные заклепки, которые после ввода в отверстие расширяются, образуя прочное соединение. Используются в местах, где невозможно заклепать заклепку традиционным способом.

4. По форме головки заклепки:

• Заклепки с шаровидной головкой – самый распространенный тип заклепок, используемый в стальных и строительных конструкциях.
• Клипсы с конической головкой – используются там, где после заклепки нужно получить ровную поверхность (например, в вационных конструкциях).
• Клипсы с плоской головкой – используются в конструкциях, требующих эстетической отделки и низкого профиля головки клипсы.

Расчет прочности шовных соединений

При проектировании шовных соединений ключевым является проведение прочности расчетов, которые позволяют определить несущую способность и безопасность конструкции. Эти расчеты базируются на нескольких ключевых параметрах, таких как: действующие на соединение силы, прочность материала заклепки и соединяемых элементов, а также количество и размещение заклепок.

1. Несущая способность заклепки на смещение

В соединениях, подвергающихся смещению, сила, действующая на заклепку, действует поперек ее оси, вызывая смещение заклепки. Несущую способность заклепки на смещение можно вычислить по формуле:

Rsc = Asc ⋅ fsc

где:

• Rsc – несущая способность заклепки на смещение,
• Asc – площадь поперечного сечения заклепки

(для полного заклепки, где d – диаметр заклепки)

• fsc – прочность материала заклепки на смещение.

2. Несущая способность заклепки на растяжение

В подтягиваемых соединениях сила действует вдоль оси заклепки, вызывая растяжение элемента. Несущая способность заклепки при растяжении может быть определена по формуле:

Rt = At ⋅ ft

где:

• Rt – несущая способность заклепки при растяжении,
• At – площадь поперечного сечения заклепки,
• ft – прочность материала заклепки на растяжение.

3. Несущая способность заклепки на сжатие

В заклепочных соединениях также немаловажным фактором является прочность заклепки на сжатие, т.е. сила, с которой заклепка давит на соединяемые элементы. Несущую способность на сжатие можно вычислить по формуле:

Rb = d⋅t⋅fb

где:

• Rb – несущая способность при сжатии,
• d – диаметр заклепки,
• t – толщина соединяемых элементов,
• fb – прочность материала соединяемых элементов на сжатие.

4. Проверка прочности заклепочных соединений

Для обеспечения безопасности соединения необходимо проверить, выдержит ли соединение заданные нагрузки. Следует сравнить рассчитанные силы сдвига, растяжения и прижима с допустимыми прочностными материалами заклепки и соединяемых элементов.

Применение ригельных соединений

Ригельные соединения, выполняемые с помощью ригельных машин, находят широкое применение в разных отраслях промышленности. Важнейшие области:

1. Строительство – ригелирование применяется в стальных конструкциях, таких как мосты, промышленные залы или телебашни. В этих случаях крепкость соединений имеет ключевое значение.
2. Автомобильная промышленность – заклепки используются для соединения панелей кузова и элементов несущих конструкций автомобилей и мотоциклов, где важна прочность, но также и малый вес соединения.
3. Авиационная и космическая промышленность - в авиационных и космических конструкциях клепаные соединения являются лучшими из-за их надежности, а также устойчивости к изменяющимся условиям окружающей среды и вибрациям.
4. Судостроение – в судостроении клепаные соединения применяются главным образом там, где требуется герметичность и стойкость к коррозии, например, в корпусах, палубах или топливных баках.