4.3. Клеесварные, клеезаклепочные и клеевые соединения с натягом

Для повышения нагрузочной способности клеевых соединений в машиностроении широко используют различные конструктивные способы силового замыкания соединяемых деталей и разгрузки за счет этого клеевого шва. Рассмотрим наиболее распространенные комбинации соединений.

Клеесварное соединение представляет собой комбинацию из клеевого и точечного сварного соединений; оно свободно от недостатков сварных (негерметичность) и клеевых (низкая прочность) соединений в отдельности.

Клей разгружает сварные точки, а это позволяет уменьшить их диаметр и увеличить шаг (расстояние) между ними; уменьшается также влияние сварки на структуру и свойства соединяемых деталей, возрастает прочность соединений. Благоприятное влияние клея на прочность соединений возрастает с уменьшением толщины деталей.

Листы большой толщины соединяют двухрядными швами с шахматным расположением точек. Сварные точки следует располагать так, чтобы расстояние от них до края нахлестки не превышало диаметра литого ядра, т. е. шов точек должен нести основную нагрузку в условиях ее концентрации.

На практике используют различные технологии соединений. Основное применение имеет точечная сварка по жидкому клею (обычно эпоксидному ВК-1, ФЛ-4С и др.), нанесенному сплошь на соединяемые детали. Статическая прочность при срезе двухрядного клеесварного соединения приблизительно равна прочности основного листа; она соответственно на 15 и 30 % выше прочности обычного клеевого и сварного соединений.

Клеесварные соединения обладают и более высокой прочностью при действии переменных нагрузок. Их рекомендуют применять для соединения ответственных силовых элементов конструкций из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, а также из низколегированных углеродистых коррозионно- и теплостойких сталей и сплавов в виде листов и профилей толщиной 1 – 6 мм.

Клеезаклепочное соединение также представляет собой комбинированное соединение. В данном случае роль силовой точки (связи) вместо литого ядра выполняет заклепка. От обычных заклепочных соединений такое соединение отличается герметичностью и в 5 – 10 раз большей долговечностью при действии переменных нагрузок. По прочности соединение имеет преимущество перед клеесварным соединением.

В современных тяжелых самолетах суммарная длина клеезаклепочных швов достигает 500 – 600 м.

На практике используют соединения трёх конструктивных разновидностей, в которых значимость клея и заклепок различна:

1) клеевое соединение с наибольшим числом заклепок, расположенных в зоне концентрации нагрузки;

2) заклепочное соединение с клеем, служащим лишь для герметизации; роль клеевого шва (обычно толстого) в восприятии нагрузки невелика;

3) комбинированное соединение, в котором роль клея и заклепок примерно одинакова.

Для клеезаклепочных соединений используют клеи с высоким удлинением в клеевой прослойке, хорошей текучестью и способностью к заполнению зазоров (клеи БФ-2, БФ-4, ПУ-2 и др.).

Сборку соединений обычно выполняют посредством клепки по незатвердевшему клею с его последующим отверждением в комбинированном соединении.


В этом случае давление на клеевой шов создают заклепки, и не требуется специальной оснастки для прижатия деталей.

Более сложной оказывается технология сборки, когда клепку производят по отвержденному клею. Отверстия под заклепки просверливают предварительно. Для обеспечения герметичности тело заклепок покрывают жидким клеем, а под головки подкладывают шайбы из пленочного клея. Применяют клеезаклепочные соединения лишь в тонколистовых конструкциях.

В ряде конструкций болтовые соединения вытеснили заклепочные соединения. Применяемые комбинации болтовых и клеевых соединений – клееболтовые соединения – конструктивно подобны клеезаклепочным соединениям.

Клеевые соединения с натягом, как правило, небольшим (используют переходные посадки типа H7/n6, H7/k6 и др.) применяют для сборки соосных цилиндрических деталей типа вал-ступица, предназначенных для передачи вращающего момента. Их сборку осуществляют с нагревом охватывающей детали до температуры 150 ºС. Такой метод сборки обеспечивает оптимальное заполнение клеем зазора (до остывания детали) и высокую прочность, до двух раз превышающую прочность обычных соединений с большим натягом.

В последнее время также получают распространение клеевые соединения типа вал-ступица с гарантированным зазором ( мкм) с использованием затвердевающих без доступа воздуха анаэробных клеев на акрилатной и метакриловой основах. Для соединений используют преимущественно жидкотекучие и средне вязкие виды высокопрочных клеев. Зазор соединения выполняют по посадкам H7/f7, H8/f7, H7/g6 и др. При большем зазоре затруднено правильное центрирование соединяемых деталей. В соответствии с таким зазором клеи имеют динамическую вязкость от 200 до 2000МПа·с. Прочность при кручении и растяжении таких соединений составляет 30…40МПа. На нее оказывает влияние ряд факторов: материалы соединяемых деталей, зазор, качество поверхности, температура среды и др.

Клеевые соединения типа вал-ступица имеют ряд технологических и конструкционных преимуществ перед обычными соединениями с натягом. Снижаются требования к точности изготовления сопрягаемых деталей и затраты на изготовление соединений. Клеящие материалы повышают податливость и улучшают распределение нагрузки в соединениях. Они заполняют микрозазоры и действуют как герметизаторы, препятствуя возникновению контактной коррозии.

Расчет на прочность клеевых соединений типа вал-ступица ведется в обычной форме определения длины сопряжения:

,

где T – вращающий момент, Н·мм; d – посадочный диаметр вала, мм;  – допускаемое напряжение при срезе, Мпа. Принимается  МПа в зависимости от указанных факторов, снижающих прочность соединения.

При действии внешней сдвигающей осевой силы () длина сопряжения определяется по формуле:

.