3.2.1. Расчет заклепок

Разрушение стержня заклепки нахлесточного и стыкового соединений с одной накладкой происходит в результате среза по сечению, лежащему в плоскости стыка соединяемых деталей (рис. 3.5, а; сечение показано волнистой линией). Такие соединения называются односрезными.

В соединениях с двумя накладками (рис. 3.5, 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.

Рис. 3.5. Схемы к расчету заклепочных соединений

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  (касательные напряжения) будут одинаковыми во всех точках сечения. Тогда условие прочности стержня заклепки по напряжениям среза будет иметь вид:

,     (3.1)

где  – напряжение среза в плоскости рассчитываемого сечения, МПа; F – срезывающая сила, действующая в плоскости стыка, Н;  – число заклепок; k – число

плоскостей среза;  – площадь среза одной заклепки, мм2; d – диаметр заклепки, мм; [] – допускаемое напряжение на срез, МПа.

Условие (3.1) при заданной нагрузке содержит три переменных проектирования. Задаваясь материалом (т. е. принимая заданным []) заклепки и числом заклепок в соединении, несложно определить требуемый диаметр:

.


(3.2)

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.

Действительные контактные напряжения, вызывающие смятие стержня заклепки, неравномерно распределены по его поверхности. При расчете на смятие принимают, что силы взаимодействия между соприкасающимися под нагрузкой деталями равномерно распределены по поверхности контакта и в каждой точке нормальны к этой поверхности. Силу взаимодействия, приходящуюся на единицу площади контактной поверхности, принято называть напряжением смятия.

Условие прочности по напряжениям смятия имеет вид:

,    (3.3)

где  – расчетное напряжение смятия, МПа; F – сила, передаваемая соединением, Н; i – число заклепок (как и при расчете на срез, принимают, что все заклепки нагружены одинаково);  – расчетная площадь смятия, мм2; d – диаметр заклепки, мм; δ – толщина соединяемых листов, мм;  – 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 () равна площади проекции поверхности контакта на диаметральную плоскость (произведению диаметра цилиндрической поверхности на ее высоту).

Из условия (3.3) следует, что требуемый диаметр стержня заклепки равен:

.  (3.4)

Из двух найденных расчетами на срез и смятие по формулам (3.2) и (3.4) значений диаметра (d) заклепки принимают большее. Можно поступить другим образом: сначала по практическим рекомендациям в зависимости от толщины соединяемых листов определить диаметр заклепок, а затем из условий прочности (3.1) и (3.3) – требуемое число заклепок.