Заклепкові з’єднання

Заклепкове з’єднання утворюють стержнем із готовою головкою, який установлюють у суміщені отвори та формують другу, замикальну головку. Після складання з’єднання є нерознімним. Заклепки застосовують у тонколистових конструкціях, авіабудуванні, транспортних кузовах, оболонках і для матеріалів, зварювання яких небажане.

Конструктивні схеми

У нахлестковому з’єднанні листи перекривають один одного, тому сила передається з ексцентриситетом і може викликати місцевий згин. У стиковому з’єднанні листи розміщені в одній площині та сполучені однією або двома накладками. За двох накладок заклепка може мати дві площини зрізу.

Ряди заклепок розташовують так, щоб забезпечити достатні кроки й крайові відстані, не допустити виривання краю та надмірно не послабити лист отворами. Остаточні мінімальні відстані призначають за стандартами й технологією виготовлення.

Передавання сили

Після невеликого зміщення деталей стержень заклепки контактує зі стінкою отвору. Зусилля передається через зріз стержня та контактне зминання листа і заклепки. Якщо \(n\) однакових заклепок навантажені симетрично, сила на одну заклепку в першому наближенні:

$$F_r=\frac{F}{n}.$$

Перевірка на зріз

Для заклепки діаметром \(d\) із \(z\) площинами зрізу:

$$\tau=\frac{F}{nzA},\qquad A=\frac{\pi d^2}{4},\qquad \tau\le[\tau].$$

Подвійний зріз теоретично подвоює площу опору, але фактичний розподіл між площинами залежить від деформацій і зазорів.

Перевірка на зминання

Середнє напруження зминання визначають за проєкцією контактної поверхні:

$$p=\frac{F}{nd\,t_{min}}\le[p],$$

де \(t_{min}\) - сумарна ефективна товщина елемента, що працює проти відповідної контактної сили. Для пакета листів перевіряють кожний елемент, бо тонший або менш міцний лист може бути визначальним.

Ослаблений переріз листа

Отвори зменшують чисту площу поперечного перерізу. Для ряду з \(k\) отворами:

$$A_{net}=(b-kd_0)t,\qquad \sigma_{net}=\frac{F}{A_{net}}\le[\sigma],$$

де \(d_0\) - діаметр отвору. Для шахового розташування перевіряють можливі ламані траєкторії руйнування, а біля краю - виривання смуги матеріалу.

Група заклепок під дією моменту

Якщо сила прикладена з ексцентриситетом \(e\), група сприймає пряму силу й момент \(M=Fe\). Пряму складову приймають однаковою для всіх заклепок, а моментну - пропорційною відстані \(r_i\) від центра групи:

$$F_{Mi}=\frac{Mr_i}{\sum r_j^2}.$$

Результуюче навантаження кожної заклепки отримують векторним додаванням. Перевіряють найбільш навантажену заклепку та прилеглі ділянки листа.

Коефіцієнт міцності шва

Для періодичного ряду з кроком \(s\) корисно порівнювати несучу здатність ослабленого листа з суцільним:

$$\eta_s=\frac{s-d_0}{s}.$$

Це лише геометрична оцінка. Повна ефективність визначається найменшою з несучих здатностей листа, заклепок на зріз і контакту на зминання.

Переваги, недоліки та відмови

• Переваги: відсутність значного теплового впливу, можливість з’єднувати різнорідні матеріали, добра тріщиностійкість і контрольоване поширення пошкодження.
• Недоліки: отвори послаблюють листи, збільшуються маса й трудомісткість, можливі зазори та корозія між листами.
• Відмови: зріз заклепки, зминання, розрив чистого перерізу, виривання краю, втомні тріщини біля отворів.

Матеріали та встановлення

Матеріал заклепки має бути достатньо пластичним для формування головки й сумісним із листами за міцністю та корозійною поведінкою. Отвори виконують із контрольованим діаметром і співвісністю; задирки та овальність погіршують контакт. Під час клепання стержень осаджується, заповнює отвір і створює початкове стягування пакета. Для тонких листів застосовують суцільні, трубчасті або витяжні заклепки залежно від доступу до зворотного боку.

Втома й контроль

За циклічного навантаження отвір є концентратором, а мікроковзання між листами спричиняє фретинг. Попереднє стискання та щільне заповнення отвору можуть зменшити амплітуду локальних напружень, але випадковий зазор діє протилежно. Контроль охоплює огляд головок, щільності пакета, тріщин біля отворів і корозії між листами. В авіаційних конструкціях пошкоджені заклепки замінюють за регламентованою технологією, не допускаючи неконтрольованого збільшення отвору.

Розрахунок виконують для всіх можливих схем руйнування. Збільшення лише діаметра або числа заклепок не гарантує міцності, якщо при цьому критично послаблюється лист.