ВВЕДЕНИЕ

При изготовлении узлов, панелей, агрегатов самолетов и вертолетов из легких сплавов клепка до настоящего времени является наиболее распространенным видом неразъемного соединения, т.к. она обеспечивает требуемые надежность и ресурс работы агрегата планера. Процесс изготовления клепаной конструкции включает в себя операции сборки и клепки, т.е. установки деталей в сборочное приспособление и соединения заклепками. Количество заклепок в самолетах и вертолетах среднего веса достигает

400 000 - 800000 шт., а в тяжелых и сверхтяжелых - до 1 500 000 - 2 000 000 шт.

При таком количестве заклепок трудоемкость сборочно-клепальных работ составляет 30-35% общей трудоемкости изготовления планера самолета (вертолета).

Высокие скорости полета, наличие герметичных клепаных швов и работающих обшивок, необходимость точного исполнения обводов внешней поверхности агрегатов и высокого качества их отделки вызывают повышенные требования к заклепочным соединениям и технологии сборки клепаных конструкций.

1. СПОСОБЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ И ГНЕЗД ПОД ЗАКЛЕПКИ

Технологический процесс выполнения соединений заклепками состоит из ряда последовательно выполняемых операций. Начинается этот процесс с образования отверстий под заклепки. Расположение отверстий в шве, размеры и качество поверхности отверстия в значительной степени определяет прочностные показатели и трудоемкость выполнения клепаного шва.

Отверстия в шве располагаются в соответствии с чертежом и техническими условиями на узлы и агрегаты. Диаметры отверстий, допуски на них и чистота поверхностей отверстий зависят от типа заклепки.

Для обычных – стержневых – заклепок отверстия образуют пробивкой или сверлением; чистота поверхности отверстия – 4, 5. Для заклепок с высоким сопротивлением срезу применяются три вида посадки стержня в отверстие (А/Пл, А3/C3, А4/С4); отверстия после сверления зенкуют, развертывают или протягивают.

Так же обрабатывают и отверстия под болт-заклепки и обычные болты. Метод образования отверстий в значительной степени влияет на прочность клепаных соединений при статических, повторно-статических и вибрационных нагрузках.

При расчете соединения нагрузку, разрушающую шов при срезе заклепок, определяют по формуле

Рз = inƒcτp,

т.е. распределение усилий по заклепкам принимают равномерным. В действительности усилия по заклепкам распределены неравномерно, что снижает фактическую прочность шва, определяемую при испытании.

Характер распределения усилий по заклепкам зависит от механических свойств и толщины соединяемых элементов, характера размещения силовых точек в шве, технологического процесса выполнения соединения, а также от совпадения отверстий в соединяемых элементах.

Отверстия под силовые точки в соединяемых элементах можно сверлить раздельно для каждой детали или одновременно для всех соединяемых листов, т.е. пакета. В зависимости от способа образования отверстий, оснастки и оборудования получается различная точность размещения силовых точек по шагу и рядам. Так, например, при одновременном сверлении пакета отверстия во всех листах хорошо совпадают, при раздельном – добиться совпадения отверстий можно только при применении одинаковых высокоточных кондукторов или при последующей совместной протяжке или развертывании пакета. Даже незначительное несовпадение отверстий или волнистость в одном из соединяемых листов приводит к неравномерной работе силовых точек и понижению прочности соединения.

На рисунке показаны два наиболее типичных случая несовпадения отверстий в соединяемых листах. Волнистость одного из листов (см. рис., б) приводит к тому, что при нагружении соединения нагрузка первого листа (δ1) передается (см. рис., в) на второй лист (δ2) через силовую точку (заклепку) 1. Это продолжается до тех пор, пока первый лист (δ1) не выпрямится или не уничтожится зазор Δ1 (см. рис., а), после чего в работу вступит силовая точка 2 (см. рис., г). Момент включения в работу силовой точки 2, а также начальная нагрузка на точку 1 зависят от прогиба Δ2 (или зазора Δ1) и прочности листов.

Значительные зазоры и волнистость листов могут привести к тому, что силовая точка 1 будет срезана, прежде чем в работу вступит силовая точка 2. Чтобы не допустить этого, необходимо определить допустимый зазор Δ1 исходя из условий работы точки 1 (в упругой области) на смятие и листа (δ2) на растяжение на длине t0, т.е.

Δ1 ≤ Δсм – ΔL (1)

или Δ1 ≤ ΔL - Δсм, (2)

в зависимость от того, что больше - Δсм или ΔL. Δсм – сдвиг от смятия листа (δ2) и силовой точки 1; ΔL – удлинение листа (δ2) на участке t0.

Зная характеристику соединения, можно определить Δ1 и допуск на расстояние t0 между центрами отверстий.

Рассмотрим совпадение отверстий в соединя-емых листах 1 и 2 (см. рис.). Для полной взаимозаме-няемости, т.е. сборки без подгонки отверстий, дол-жны быть компенсированы зазоры, т.е.

E ≤ c1 + c2 ≤ 0.5(S1 + S2),

где с1 и с2 – смещение каждой из осей; S1 и S2 – зазоры.

Примем, что смещение осей отверстий одинаково: с1 = с2; тогда и S1 = S2. По формуле (1)

c1 ≤ 0.5S1, c2 ≤ 0.5S2

или S1 ≥ 2c1, S2 ≥ 2c2 (3)

Формула (3) показывает, что компенсационный зазор в отверстии должен быть не меньше двойного смещения оси этого отверстия.

Если принять отверстие А за базовое, то смещение отверстия Б по диагонали

сл = (4)

причем наибольшее возможное смещение

сб = сд + 0.5ΔD, (5)

где ΔD – допуск на отверстие.

Пользуясь формулами (3) – (5), определим диаметр отверстия под силовую точку Б для установки болта или заклепки диаметром d = 6 мм, если допуск на величину шага t0′ и t2 по условиям технологии может быть выдержан с точностью с = ±0.05 мм.

Смещение

сд = мм

и зазоры

S1 = S2 ≈ 2cд = 0.112 мм.

Следовательно, наименьший зазор Smin = 0.11 мм. Зазор Δ1 в этом случае 2с = 0.1 мм. Наименьший диаметр отверстия Dmin = d0 + Smin = 6 + 0.11 = 6.11 мм.

Ближайший размер отверстия по системе вала соответствует 4-му классу:

D = мм.

При установке заклепки диаметром 6 мм отверстие под нее согласно существующим нормалям выполняют сверлом диаметра dc = 6.1 мм, т.е. возможна сборка без подгонки отверстий. Зазоры S1 и S2 заполняются стержнем заклепки в процессе образования замыкающей головки. Деформация стержня заклепки при заполнении им зазора несколько компенсирует несоосность отверстий в соединяемых листах и выравнивает распределение усилий по заклепкам.